Элементы автоматических устройств СИНХРОННЫЙ ГЕНЕРАТОР. ВНЕШНИЕ И РЕГУЛИРОВОЧНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
СИНХРОННЫЙ ГЕНЕРАТОР. ВНЕШНИЕ И РЕГУЛИРОВОЧНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Основными характеристиками, определяющими свойства синхронного генератора, являются внешние и регулировочные.

Внешние характеристики. Зависимости напряжения U от тока нагрузки 1а при неизменных токе возбуждения Iв, угле и частоте fх (постоянной частоте вращения ротора п2) называют внешними характеристиками генератора.

Рис. 10-5. Внешние характеристики синхронного генератора при различных видах нагрузки

На рис.10-5,а изображены внешние характеристики генератора при различных видах нагрузки, полученные при одинаковом для всех характеристик UHOM. Однако для этого требуется устанавливать различные токи возбуждения, вследствие чего генератор будет иметь различные ЭДС (напряжения при холостом ходе). Если устанавливать одинаковое напряжение при холостом ходе U0 = E0 (рис.10-5,б), то при номинальном токе напряжения Uном будут различными. При U=0 (короткое замыкание) все характеристики пересекаются в одной точке, соответствующей значению тока Iк.

При переходе от режима холостого хода к режиму номинальной нагрузки изменение напряжения (%) характеризуется величиной

Обычно генераторы работают с cos φ = 0,9...0,85 при отстающем токе. В этом случае Δu = 25...35%..

Регулировочные характеристики. Зависимости тока возбуждения Iв от тока нагрузки 1a при неизменных напряжении U, угле φ и частоте fx называют регулировочными характеристиками (рис.10-6). Они показывают, как надо изменять ток возбуждения генератора, чтобы поддерживать его напряжение неизменным при изменении тока нагрузки. Очевидно, что с возрастанием нагрузки при φ>0 необходимо увеличивать ток возбуждения, а при φ<0—уменьшать его. Чем больше угол φ по абсолютной величине, тем в большей степени требуется изменять ток возбуждения.

Рис. 10-6. Регулировочные характеристики синхронного генератора при различных видах нагрузки

Характеристики холостого хода и короткого замыкания. При опыте холостого хода определяют характеристику холостого хода E0=f(lB) при номинальной частоте вращения машины, изменяя ток возбуждения Iв.

При опыте короткого замыкания обмотки фазы якоря замыкают накоротко через амперметры, после этого ротор приводят во вращение с номинальной частотой и снимают характеристику короткого замыкания, т. е. зависимость тока якоря от тока возбуждения Iа=f(Iв). Эта характеристика (рис.10-7,а) имеет линейный характер, так как при Ra0 сопротивление цепи якоря является чисто индуктивным и ток к. з. IK = Id (рис.10-7,б) создает поток реакции якоря, размагничивающий машину. В результате магнитная цепь машины оказывается ненасыщенной, т. е. ЭДС E0 и ток Iк изменяются пропорционально току возбуждения Iв.

Можно определить синхронное индуктивное сопротивление машины по продольной оси как Xd = E0/IK, где ЭДС Eо и ток Iк должны быть взяты при одном и том же значении тока возбуждения (рис.10-7,а). Для прямолинейного участка характеристики холостого хода не имеет значения, при каком токе возбуждения определяется Xd, так как во всех случаях Xd = const. Это же значение сопротивления Xd получим при определении Ео по спрямленной характеристике холостого хода Оа, соответствующей ненасыщенной машине.

Рис. 10-7. Характеристика холостого хода и короткого замыкания (а) и векторная диаграмма явнополюсной машины при коротком замыкании (б)

Если известны коэффициенты приведения kd и kq, то по значению Xd можно определить синхронное индуктивное сопротивление по поперечной оси Xq = (kq/kd)Xd. В неявнополюсных машинах Xd — Xq = Хсн, т.е. Xсн = E0Iк. Если выразить синхронные индуктивные сопротивления в относительных единицах, то

(10-3)

где Iаном и Uном — номинальные значения фазных тока и напряжения.

В современных синхронных явнополюсных машинах средней и большой мощности Xd* = 0,6... 1,6, а Xq* =0,4...1. Сопротивление Xd, определяется в основном реакцией якоря. Сопротивления, выраженные в относительных единицах, характеризуют параметры машины, показывая относительную (относительно номинального напряжения) величину падения напряжения при номинальном токе. Кроме того, эти величины позволяют сравнивать свойства генераторов различной мощности.

Отношение короткого замыкания. Иногда в паспорте машины указывают величину, называемую отношением короткого замыкания. Это отношение установившегося тока короткого замыкания Iк0 при токе возбуждения, который при холостом ходе и n=nном дает Е=Uном, к номинальному току якоря:

ОКЗ=,

здесь Iк0=Uном/Xd, где Xd- насыщенное значение продольного синхронного сопротивления при Е=Uном.

На основании выражений (10-3)

ОКЗ=,

т.е. ОКЗ равно обратному значению Xd*. У многих машин Xd*>1, и тогда ОКЗ<1, т.е. ток короткого замыкания в указанных условиях меньше номинального. Отсюда можно сделать вывод, что установившийся ток короткого замыкания синхронных генераторов вообще относительно не очень велик.

Величина ОКЗ определяет предельную величину нагрузки, которую способен нести генератор при установившемся режиме работы, причем, чем больше ОКЗ, тем больше предельная нагрузка. Поэтому ОКЗ является важным параметром синхронных машин.

Величина ОКЗ тем больше, чем больше величина зазора между статором и ротором. Поэтому машины с большим ОКЗ дороже.