Уравнение напряжений явнополюсного синхронного генератора

Уравнения напряжений синхронного генератора

Напряжение на выводах генератора, работающего с нагрузкой, отличается от напряжения этого генератора в режиме х.х. 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.

Но 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 Fв0, создает магнитный поток возбуждения Ф0, который, сцепляясь с обмоткой статора, наводит в ней основную ЭДС генератора Е0.

2. МДС реакции якоря по продольной оси F1d создает магнит­ный поток Ф1d, который наводит в обмотке статора ЭДС реакции якоря E1d [см. (20.22)], значение которой пропорционально индук­тивному сопротивлению реакции якоря по продольной оси хad [см. (20.24)]. Это сопротивление характеризует уровень влияния реак­ции якоря по продольной оси на работу синхронного генератора. Так, при насыщенной магнитной системе машины магнитный по­ток реакции якоря Ф1d меньше, чем при ненасыщенной магнитной системе. Объясняется это тем, что поток Ф1d почти полностью проходит по стальным участкам магнитопровода, преодолевая не­большой воздушный зазор (см. рис. 20.3, а), а поэтому при маг­нитном насыщении сопротивление этому потоку заметно возрас­тает. При этом индуктивное сопротивление x1d уменьшается.

3. МДС реакции якоря по поперечной оси F1q создает магнит­ный поток Ф1q, который наводит в обмотке статора ЭДС Е1q [см. (20.23)], значение которой пропорционально индуктивному сопро­тивлению реакции якоря по поперечной оси xaq [см. (20.25)]. Со­противление хaq не зависит от магнитного насыщения машины, так как при явнополюсном роторе поток Ф1q проходит в основном по воздуху межполюсного пространства (см. рис. 20.3, б).

4. Магнитный поток рассеяния обмотки статора Фσ1 (см. рис. 11.4) наводит в обмотке статора ЭДС рассеяния Еσ1, значение ко­торой пропорционально индуктивному сопротивлению рассеяния фазы обмотки статора х1 :

= — j x1 . (20.26)

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

= r1 (20.27)

Геометрическая сумма всех перечисленных ЭДС, наведенных в обмотке статора,

определяет напряжение на выходе синхронного генератора:

= . (20-28)

Здесь — геометрическая сумма всех ЭДС, наведенных в об­мотке статора результирующим магнитным полем машины, обра­зованным совместным действием всех МДС (Fв.0, F1d, F1q) и пото­ком рассеяния статора Фσ1.

Активное сопротивление фазы обмотки статора r1 у синхронных машин средней и большой мощности невелико, и поэтому даже при номинальной нагрузке падение напряжения I1r1 составляет настолько малую величину, что с некоторым допущением можно принять I1r1 = 0. Тогда уравнение (20.28) можно записать в виде

(20.29)

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

В неявнополюсных синхронных генераторах реакция якоря характеризуется полной МДС статора F1 без разделения ее по осям, так как в этих машинах магнитные сопротивления по продольной и поперечной осям одинаковы. Поэтому ЭДС статора в неявнополюсных машинах Е1, равная индуктивному падению напряжения в обмотке статора, пропорциональна индуктивному сопротивлению реакции якоря ха [см. (20.19)], т. е.

(20.30)

Поток реакции якоря Ф1 и поток рассеяния статора Фσ1 создаются одним током I1 [сравните (20.26) и (20.30)], поэтому индуктивные сопротивления ха и х1 можно рассматривать как суммарное индуктивное сопротивление

представляющее собой синхронное сопротивление неявнополюсной машины. С учетом этого ЭДС реакции якоря Е1 и ЭДС рассея­ния Еσ1 следует рассматривать также как сумму

(20.31)

представляющую собой синхронную ЭДС неявнополюсной машины. С учетом изложенного уравнение напряжений неявнополюсного синхронного генератора имеет вид

(20.32)

(20.33)

Уравнения напряжений синхронного генератора

Напряжение на выводах генератора, работающего с нагрузкой, отличается от напряжения этого генератора в режиме х.х. 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.

Но 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 Ff создает магнитный поток возбуждения Ф f , который, сцепляясь с обмоткой статора, наводит в ней основную ЭДС генератора Е f .

2. МДС реакции якоря по продольной оси Fаd создает магнитный поток Фаd, который наводит в обмотке статора ЭДС реакции якоря Eаd [см. (20.22)], значение которой пропорционально индуктивному сопротивлению реакции якоря по продольной оси Xad [см. (20.24)].

Это сопротивление характеризует уровень влияния реакции якоря по продольной оси на работу синхронного генератора.

При насыщенной магнитной системе машины магнитный поток реакции якоря Фаd меньше, чем при ненасыщенной магнитной системе.

Объясняется это тем, что поток Фаd почти полностью проходит по стальным участкам магнитопровода, преодолевая небольшой воздушный зазор, а поэтому при магнитном насыщении сопротивление этому потоку, заметно возрастает. При этом индуктивное сопротивление хаd уменьшается.

3. МДС реакции якоря по поперечной оси Fаq создает магнитный поток Фаq, который наводит в обмотке статора ЭДС Еаq, значение которой пропорционально индуктивному сопротивлению реакции якоря по поперечной оси X aq .

Сопротивление Хaq не зависит от магнитного насыщения машины, так как при явнополюсном роторе поток Фаq проходит в основном по воздуху межполюсного пространства.

4. Магнитный поток рассеяния обмотки статора Ф a s наводит в обмотке статора ЭДС рассеяния Е a s, значение которой пропорционально индуктивному сопротивлению рассеяния фазы обмотки статора Xa s:

СМ. 3.10. 11.02.07.20.07.09. 23.09.10

Ea s = — j I 1 * Xa s

5. Ток в обмотке статора 11 создает активное падение напряжения в активном сопротивлении фазы обмотки статора R1:

Ur = I 1* R 1

Геометрическая сумма всех перечисленных ЭДС, наведенных в обмотке статора, определяет напряжение на выходе синхронного генератора:

Полные векторные диаграммы.

Явнополюсная машина. Напряжение фазы обмотки генератора равно сумме индуктируемых в этой обмотке ЭДС, минус падение напряжения в активном сопротивлении фазы обмотки.

В связи с этим можно написать уравнение явнополюсного синхронного генератора:

U = Ef + Ead + Eaq + Ea s — r1*I

ЭДС реакции якоря и рассеивания можно выразить через соответствующие токи и индуктивные сопротивления:

Ead = — j Xad Id

Eaq = — j Xaq Iq

Ea s = — j Xa s I

Этому уравнению соответствует векторная диаграмма на рис 3.3.

Неявнополюсная машина. Для этой машины Xd=Xq. Векторная диаграмма не отличается от предыдущей.

СМ. 3.11. 05.01.06. 22.02.06. 25.02.2006. 11.02.07.

Рис. СМ.3.4. Векторная диаграмма явнополюсного СГ при активно-индуктивной нагрузке. Диаграмма Блонделя.

Угол q между Ef

Коэффициенты насыщения для турбогенераторов Кm = 1.2, для гидрогенераторов 1.06.

Нормальная характеристика ХХХ приведена в таблице.

If o.e. ¦ 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50

E o . e . ¦ 0.58 1.00 1.21 1.33 1.40 1.46 1.51

ЭМ.СM. 4.2. 07.03.2001 08.01.06. 20.07.09 23.09.10,

Векторная диаграмма синхронного генератора. Влияние явнополюсности генератора. Основные характеристики, параметры и соотношения

Страницы работы

Содержание работы

Векторная диаграмма синхронного генератора. Влияние явнополюсности генератора.Основные характеристики, параметры и соотношения.

Возникновение короткого замыканияна зажимах синхронного генератора (СГ) или вблизи расположенных точек сети приводит к появлению в машине переходного процесса. Во время переходного процесса изменяются ЭДС и токи короткозамкнутой цепи от их номинальных значений, которые они имели перед коротким замыканием, до новых значений, соответствующих установившемуся режиму КЗ.

Рассмотрим СГбез демпферной обмотки в нормальном режиме (установившемся):

Фaq – поток реакции якоря по поперечной оси;

Фad – поток реакции якоря по продольной оси;

ФGf – поток рассеяния обмотки возбуждения;

Фf – полный поток обмотки возбуждения;

Фd — полезный поток.

Полный поток обмотки возбуждения Фf, создаваемый протекающим в ней током, состоит из потока рассеяния обмотки возбуждения, сцепленной только с обмоткой возбуждения не проникающей в статор машины ФGf, и полезного потока, который проникает в статор, пересекая воздушный зазор Фd. Полезный поток будет сцеплен с обмоткой статора и вращаясь вместе с ротором наводит в ней ЭДС, которая отстает на 90° и называется ЭДС холостого хода Еq. При включении обмотки статора на нагрузку в ней будет протекать ток I и в зависимости от характера он будет иметь опережающий или отстающий характер. Обычно нагрузка активно-индуктивная, то ток отстает на от Еq. При протекании тока I создаются собственные магнитные поля, называемые потоками реакции якоря, которые оказывают значительное влияние на характеристики СГ во всех его режимах работы под нагрузкой.

При явнополюсном исполнении генератор имеет магнитную нессиметрию по продольной и поперечной осям, так как воздушный зазор по этим осям различен.

При любом исполнении (явнополюсном и неявнополюсном) имеется электрическая нессиметрия ротора, т.к. обмотка располагается только по продольной оси «d» и сцепляется только с потоком якоря, действующим по этой же оси.

Из-за нессиметрии генератора расчет потоков реакции якоря и их влияние на переходной процесс сложен, поэтому Блондель предложил учитывать реакцию по двум осям (метод двух реакций).

Метод двух реакций основан на принципе наложения, при котором предполагается, что магнитные потоки, действующие по поперечной оси не влияют на величину потоков, действующих по продольной оси и наоборот. На практике имеет место насыщение участков в магнитной цепи синхронной машины, то такое предположение вносит в расчет определенную погрешность, которая может быть уменьшена введение соответствующих корректив в результаты расчета, тем самым, упрощая расчеты.

Построение векторной диаграммы СГ

Допущения при построении: цепь статора активно-индуктивная, поэтому ток отстает по фазе на угол y.

1.Поток Фd, проходящий через воздушный зазор и пронизывающий обмотку статора, располагают по продольной оси d ротора.

2.Наводимая потоком Фd ЭДС в обмотке статора Еq отстает от этого потока на 90° и направлена поэтому по оси q.

3.Ток статора I, вызываемый ЭДС Еq, отстает от Еq на угол y (так как было принято активно-индуктивный характер нагрузки).

4.Проекции тока статора I на оси d и q –Id и Iq соответствуют созданным продольному Фad и поперечному Фaq потокам реакции статора (если цепь индуктивно-активная y>0 – реакция статора размагничивающая, если y

Из векторной диаграммы:

Основная характеристика СГ

Характеристика холостого хода (Х.Х.Х.) – зависимость ЭДС Х.Х. от тока возбуждения Еq = f(If).

Характеристика предствляется в относительных единицах с целью обобщенного универсального вида.

Рис.5

За единицу ЭДС Х.Х. принимается Uн.

За единицу тока возбуждения принимается такой ток, при котором Exx=Uном

Часто в расчетах используется не насыщенная характеристика, а прямолинейная.

Аналитическая характеристика Х.Х.: Eq=CIf

C – коэффициент пропорциональности, численно равен ЭДС при ненасыщенном возбуждении.

Характеристика Х.Х. нужна, чтобы зная If найти Eq

Если величина If не задана, то Eq можно определить из ВД предшествующего режима.

Если в установившемся режиме If такое, как до К.З., то и Eq – такое же.

Синхронный генератор также характеризуется синхронными реактивностями Xd и Xq, реактивностью рассеяния статора XG, предельным током возбуждения. Предельный ток возбуждения зависит от системы возбуждения и ее параметров, а также от типа генератора.


источники:

http://lektsia.com/13x1f67.html

http://vunivere.ru/work54391