Неявнополюсный генератор. В насыщенной машине исключается возможность раздельного определения потоков от МДС возбуждения Ff и МДС реакции якоря Fa

В насыщенной машине исключается возможность раздельного определения потоков от МДС возбуждения F _f и МДС реакции якоря F_a. В этом случае результирующий поток Ф_μ определяется по суммарной МДС

Если пренебречь потоками рассеяния Ф_{σ f} . и Ф_σ, то можно считать, что насыщение генератора при нагрузке определяется только результирующим потоком Фμ. В неявнополюсном генераторе магнитное сопротивление для этого потока не зависит от положения его оси относительно ротора, поэтому суммарная МДС F_μ при нагрузке создает такой же магнитный по­ток, что и равная ей МДС обмотки возбуждения F _f в режиме холостого хода. Отсюда следует, что связь между Ф_μ и F_μ будет определяться кривой намагничивания генератора при холостом ходе (рис. 5.16). В относительных единицах эта кривая совпадает с характеристикой холостого хода (х.х.х.), поэтому по ней можно определить ЭДС Е_μ, соответствующую суммарной МДС F_μ

Рис.5.16

В действительности на насыщение стали за­метное влияние оказывают потоки рассеяния обмоток статора и возбуждения. При изменении нагрузки соотношение между потоками рассея­ния и результирующим потоком меняется, поэтому кривая намагничивания при нагрузке бу­дет также меняться, отклоняясь от характеристики холостого хода (пунктирная линия на рис. 5.16). Величина ЭДС Е_μ, найденная по этой кривой совместно с ЭДС рассеяния Е_σ, опре­деляет напряжение насыщенного генератора:

Расчет магнитной характеристики генератора при нагрузке весьма сложен, поэтому часто пользуются характеристикой холостого хода, заменяя Е_μ на Е_μr и внося поправку в величину сопротивления рассеяния обмотки статора:

где x_р > х_а - сопротивление Потье, названное по имени автора, предложившего этот метод. Сопротивление Потье должно быть такой величины, чтобы расчетной ЭДС E_μp по ха­рактеристике холостого хода соответствовало действительное значение суммарной МДС F_μ. Уравнения МДС (5.11), напряжений (5.12) и характеристика холостого хода (рис. 5.16) по­зволяют рассчитать рабочие режимы синхронного генератора с учетом насыщения.

Пусть требуется рассчитать МДС обмотки возбуждения F _f, обеспечивающую требуе­мое напряжение U₁ при нагрузке, заданной током I₁ и коэффициентом мощности cosφ.

Решение выполняется графическим методом с помощью векторной диаграммы (рис. 5.17). На оси ординат характеристики холостого хода откладывается вектор напряжения U₁.

Рис.5.17
Положение вектора тока I₁ и соответствующей ему МДС F_а задается углом φ. Зная положение векторов I₁ и U₁, находим согласно уравнению (5.12) ЭДС E_μp:

Модуль этой ЭДС определяет по характеристике холостого хода суммарную МДС F_μ,. Вектор F_μ опережает вектор ЭДС Е_μr на 90". Вычитая из него (согласно (5.11)) вектор МДС реакции якоря F_a находим искомый вектор МДС обмотки возбуждения:

Обращаясь вновь к характеристике холостого хода, определяем по модулю МДС F _f величину ЭДС холостого хода Eo. Вектор ЭДС Eo отстает от вектора МДС обмотки возбуждения F _f на 90°. Угол между векторами Eo и U₁ определяет рабочий угол Θ, а разница модулей этих векторов

ΔU=Eo-U₁

показывает величину изменения напряжения генератора при сбросе нагрузки. По условиям безопасности работы генератора и вспомогательного оборудования, получающего питание от генератора, величина ΔU не должна превышать 40% U_H.
^ 5.7.3. Явнополюсный генератор

Суммарная МДС насыщенного генератора

определяет результирующий поток

который наводит в обмотке статора ЭДС

Магнитная характеристика яваополюсного генератора Ф_μ = f (F_μ)имеет очень слож­ный характер из-за неравномерности воздушного зазора. С целью упрощения расчетов раз­делим результирующий поток Ф_μ на продольную Ф_μd и поперечную Ф_μq составляющие,

и примем допущение, что магнитная цепь по поперечной оси не насыщена. Насыщение бу­дем учитывать лишь по продольной оси, используя магнитную характеристику холостого хода

суммарная МДС генератора по продольной оси.

Составляющие результирующего потока Ф_μd. и Ф_μq наводят в обмотке статора ЭДС

E_μd и Е_μq. Сумма этих ЭДС

совместно с ЭДС рассеяния Е_σ = -jx_σI₁ определяет напряжение генератора

Так как магнитная цепь по поперечной оси принимаете! ненасыщенной, то для расчета ЭДС E_μq можно воспользоваться ранее полученным выражением

а расчет МДС E_μd, как и в случае неявнополюсной машины, выполняется по характеристи­ке холостого хода

Для снижения погрешностей расчета, обусловленных принятыми допущениями, сопро­тивление рассеяния ха заменяется на сопротивление Потье х_р.

Рассмотрим задачу определения МДС обмотки возбуждения F _f явнополюсного ге­нератора, необходимую для получения напряжения U₁ при нагрузке, заданной током I₁ и коэффициентом мощности cosφ. Решение выполняется графическим методом с использо­ванием характеристики холостого хода и векторной диаграммы. На оси ординат характе­ристики холостого хода откладывается вектор U₁, а вектор тока I₁ направляется под уг­лом φ (рис. 5.18). Зная положение этих векторов, находим ЭДС от результирующего поля

и эквивалентную ЭДС ненасыщенного генератора

которая, как было показано ранее, действует по поперечной оси машины. Поэтому проекция вектора E_μp на эту ось определяет вектор ЭДС E_μd,. Обращаясь к характеристике холосто­го хода, находим по модулю ЭДС E_μd суммарную МДС генератора по продольной оси F_μd, Эта МДС с учетом реакции якоря по продольной оси F_ad. определяет МДС обмотки возбуждения

Рис.5.18

Этой МДС по характеристике холостого ходе соответствует ЭДС Eо. Вектор ЭДС Eо направлен по поперечной оси.