ЭЛЕКТРОТЕХНИКА

Глава   одиннадцатая
СИНХРОННЫЕ МАШИНЫ

11.4. ВЕКТОРНЫЕ ДИАГРАММЫ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА

Уравнение (11.6) не дает возможности составить представление о том, как изменяется напряжение при изменении нагрузки генератора. Для выяснения этого следует построить векторные диаграммы при различных нагрузках.

Рис.  11.5. Векторные диаграммы синхронного генератора

Построение векторной диаграммы можно начать с вектора ЭДС Е0 (рис. 11.5, а). Зная, что к генератору подключена, например, активно-индуктивная нагрузка, под углом ψ к вектору ЭДС Е0 откладываем вектор тока I. Под углом φ к вектору тока I следует провести линию ОА, на которой в дальнейшем будет расположен вектор напряжения генератора U. Так как ток I должен отставать по фазе на 90° от индуктивного падения напряжения jIxc , то из конца вектора ЭДС Е0 следует опустить перпендикуляр БВ на вектор тока. Точка Г определит конец и начало векторов напряжения U и падения напряжения jIxc . В соответствии с (11.6) сумма векторов напряжения U и падения напряжения jIxc должна быть равна вектору ЭДС E0 .

Учитывая, что постоянные по значению вращающиеся магнитные потоки могут быть заменены эквивалентными пульсирующими потоками, изменяющимися во времени по синусоидальному закону, на векторной диаграмме рис. 11.5, а можно изобразить векторы потоков Ф0 и Фя1, а также вектор результирующего потока Ф, сцепленного с обмоткой якоря. Чтобы выяснить связь между векторами указанных потоков, обратимся к уравнению (11.6):

U = E0 - jIxc = Е0 + Eя1.

ЭДС E0 и Eя1, индуктируемые потоками Ф0 и Фя1, можно заменить эквивалентной ЭДС якоря Е, индуктируемой результирующим потоком Ф, U = E = E0 + Eя1.

Так как ЭДС пропорциональны соответствующим магнитным потокам, то вместо последнего выражения можно написать

В соответствии с (11.9) на рис. 11.5, а произведено построение вектора результирующего потока Ф. Как видно, все ЭДС отстают от соответствующих потоков на 90°. Магнитный поток Фя1 совпадает по фазе с возбуждающим его током I.
Из подобия треугольников ОБГ и ОДЖ (рис. 11.5, а) вытекает, что ЭДС Е0 сдвинута по фазе относительно напряжения Un на такой же угол θ, на какой магнитный поток Ф0 сдвинут по фазе относительно потока Ф. Тот же угол θ при данной нагрузке генератора существует и между пространственными векторами МДС F0 и F (рис. 11.5, б), а значит, и между осями магнитных потоков Ф0 и Ф генератора.

Рассмотренная диаграмма (рис. 11.5, а) соответствует активно-индуктивной нагрузке. На рис. 11.5, в и г приведены диаграммы, построенные для тех же ЭДС Е0 и тока I, что на рис. 11.5, а, но для активной и активно-емкостной нагрузок. Диаграмма, изображенная на рис. 11.5, д, соответствует работе генератора вхолостую.

При работе генератора вхолостую приемники отключены, и в полученных ранее выражениях следует считать zп = ∞. В этом случае I = 0, поэтому Iхс = 0, U= Е0, Ф = Ф0.

Увеличение количества подключенных к генератору приемников (уменьшение сопротивления zп) приводит к увеличению тока I, в результате чего Iхс и Фя1 также возрастают. Как видно из векторных диаграмм, при увеличении активной и особенно активно-индуктивной нагрузки магнитный поток Ф и напряжение U уменьшаются, тогда как при увеличении активно-емкостной нагрузки они возрастают. Угол θ при увеличении нагрузки генератора во всех случаях увеличивается.