7.9. Угловые характеристики синхронных генераторов

Электрическая мощность синхронной машины определяется ее электрическими параметрами.

Активная составляющая мощности

,

где и – фазное напряжение и фазный ток,

– количество фаз машины.

Механический момент на валу синхронного генератора или синхронного двигателя выражается через активную мощность и частоту вращения вала машины. В режиме идеального холостого хода ось симметрии магнитного поля машины совпадает с геометрической осью симметрии полюсов индуктора. При увеличении развиваемой мощности синхронной машины ось магнитного полюса якоря смещается в пространстве относительно оси полюса индуктора на некоторый угол. В двухполюсной машине этот угол будет практически совпадать с фазовым сдвигом между ЭДС холостого хода и приложенным напряжением . В многополюсной машине пространственный угол смещения равен отношению к количеству пар полюсов машины .

Зависимость мощности машины и механического момента от угла называют угловыми характеристиками синхронной машины. Установим эту зависимость.

Рис. 7.36

Рассмотрим векторную диаграмму синхронного генератора с неявно выраженными полюсами. Учитывая то, что в реальных машинах активное сопротивление обмотки статора меньше синхронного сопротивления, пренебрежем этим активным сопротивлением. Упрощенная векторная диаграмма генератора приведена на рис. 7.36. На векторной диаграмме и отрезок есть проекция вектора на направление вектора напряжения , т. е. . Тогда . С другой стороны, угол равен , так как и прямоугольные и . В треугольнике катет или . Таким образом, . В ра-нее записанной формуле . или .

При параллельной работе генератора с сетью и при неизменном токе возбуждения напряжение и ЭДС являются величинами постоянными. Следовательно, мощность и угол связаны между собой синусоидальной зависимостью. При постоянной частоте вращения механический момент пропорционален мощнос- ти . Следовательно, .

Рис. 7.37

В случае генераторов с явно выраженными полюсами магнитное сопротивление машины на единицу длины воздушного зазора зависит от положения точки в зазоре относительно полюсов индуктора. Используя теорию двух реакций и понятия продольной и поперечной составляющих реакции якоря, можно построить векторную диаграмму генератора с явно выраженными полюсами (рис. 7.37). Продольное и поперечное сопротивления не равны между собой.

Активная мощность генератора

Здесь есть проекция вектора на направление вектора , и является проекцией вектора тока на направление, перпендикулярное вектору . Тогда и , следовательно,

; .

Подставляя и в формулу мощности, получаем:

или .

Электромагнитный момент на валу генератора в этом случае для двухполюсной машины

.

Зависимость электромагнитного момента и электромагнитной мощности от пространственного угла называется угловыми харак­теристиками. Общий вид угловых характеристик синхронных машин с явно выраженными и неявно выраженными полюсами представлен на рис. 7.38.

Рис. 7.38

Так как электромагнитный момент пропорционален мощности, поэтому на графике представлены угловые характеристики моментов неявнополюсной машины (рис. 7.38, кривая а) и явнополюсной машины (рис. 7.38, кривая б).

Если зависимость неявнополюсной машины практически синусоидальна, то угловая характеристика явнополюсной машины от­личается от синусоидальной зависимости из-за влияния второй сла­гаемой формулы соответствующей теоретической характеристики.

В области отрицательных значений пространственного угла электромагнитный момент имеет отрицательное значение. Это соответствует работе синхронной машины в режиме двигателя, т. е. преобразователя электрической энергии в механическую энергию.