Расчётно-графическая работа № 1

Исследование характеристик неявнополюсных синхронных генераторов

1. Основные теоретические сведения

Наиболее важными характеристиками СГ являются:

• Характеристики холостого хода и короткого замыкания

• Нагрузочные характеристики

• Внешние и регулировочные характеристики

• U-образные характеристики

Характеристики холостого хода (х.х.х.) представляют собой зависимость напряжения (э.д.с.) синхронных генераторов от тока возбуждения при постоянной частоте вращения ротора и токе якоря I_a равном нулю. Обычно они строятся в относительных единицах:

(1)

где: I_в.0 – ток возбуждения, при котором напряжение холостого хода равно номинальному: U₀ = U_ном.

Х.х.х.в относительных единицах одинаковы для машин одного типа, независимо от мощности, номинальных токов и напряжений.

Ток возбуждения, I*в	0,5	1,0	1,5	2,0	2,5
Напряжение х.х. турбогенераторов, U*0	0,58	1,0	1,21	1,33	1,4
Напряжение х.х. гидрогенераторов, U*0	0,53	1,0	1,23	1,3	-

Приведенные в таблице данные соответствуют нормальным характеристикам, которые часто используются в расчётах при отсутствии более точных данных. Наряду с нормальными находят применение спрямлённые (линеаризированные) насыщенные и ненасыщенные х.х.х. При токе возбуждения I*_в = 1,0 для насыщенных характеристик: E*₁₀ = U*₀ = 1,0, для ненасыщенных характеристик турбогенераторов: E*₁₀ = U*₀ = 1,2, гидрогенераторов – E*₁₀ = U*₀ = 1,06.

Характеристики короткого замыкания (х.к.з.) снимаются в режиме симметричного короткого замыкания и представляют собой зависимость тока якоря от тока возбуждения при постоянной частоте вращения ротора и напряжении якоря, равном нулю: U_a0 = 0. Характеристики короткого замыкания имеют линейный характер, поскольку вследствие действия реакции якоря магнитная цепь синхронных машин в этом режиме не насыщена. Строятся они в относительных единицах, а за базисный ток принимается номинальный ток якоря:

(2)

Отношение короткого замыкания (о.к.з.) представляет собой отношение установившегося тока короткого замыкания I_к.0 к номинальному току якоря при токе возбуждения I_в0, который в режиме холостого хода даёт напряжение якоря, равное номинальному: U₀ = U_ном:

(3)

Вследствие сильного размагничи­вающего действия реакции якоря ток установившегося короткого замыкания синхронных машин невелик, а о.к.з. составляет: для гидрогенераторов – 0,8 …1,8; для турбогенераторов – 0,4 …1,0. По известному значению о.к.з. определяется насыщенное значение синхронного сопротивления по продольной оси:

(4)

В неявнополюсных генераторах синхронные сопротивления по продольной и поперечной осям равны между собой. Общий вид характеристик холостого хода и короткого замыкания показан на рис. 1.

Нагрузочные характеристикипредставляют собой зависимость напряжения якоря от тока возбуждения при постоянной частоте вращения ротора и определённых значениях тока якоря и коэффициента мощности. Наибольшее значение имеетиндукционная нагрузочная характеристика, соответствующая номинальному по величине току якоря при чисто индуктивной нагрузке.

Для построения индукционной нагрузочной характеристики (рис. 2) используются нормальная характеристика холостого хода и реактивный треугольник, часто именуемый треугольником Потье.

Реактивным треугольником называется треугольник, вертикальный катет которого равен падению напряжения на сопротивлении рассеяния якоря при номинальном токе якоря, а горизонтальный – намагничивающей силе реакции якоря в масштабе тока возбуждения.

Сопротивление рассеяния якоря практически не зависит от величины тока и задаётся в относительных единицах: для турбогенераторов х*_а = 0,08 …0,25, для гидрогенераторов– х*_a=0,1 …0,3.