Генераторы переменного тока

Как отмечалось выше (см. формулу (3.15)), ЭДС обмотки синхронного генератора на холостом ходу (без внешней нагрузки) определяется выражением.

При постоянстве потока возбуждения Ф₀ генерируемая ЭДС пропорциональна частоте вращения ротора генератора со. Однако на ЭДС синхронного генератора большое влияние оказывают величина и вид нагрузки (активная, индуктивная, емкостная, смешанная (активно-индуктивная). В зависимости от вида нагрузки может ослабляться или усиливаться поток возбуждения Ф₀, что приводит к изменению величины ЭДС, а также влияет на величину напряжения на зажимах генератора U_r.

Рассмотрим влияние характера нагрузки на изменение потока возбуждения генератора. На рис. 3.50 показано влияние характера нагрузки на поток возбуждения Ф₀. На рисунке условно изображен вращающийся против часовой стрелки ротор генератора и соответственно вращающийся с ним поток возбуждения Ф₀. При чисто активной нагрузке (вариант а) наводимая ЭДС Е и ток I в обмотке статора, определяемый нагрузкой, будут синфазными. На рисунке их векторы параллельны. Ток нагрузки при этом создает поток реакции Ф₂, который оказывается перпендикулярным, но отношению к потоку возбуждения Ф₀, поэтому не искажает его. При чисто индуктивной нагрузке (6) максимум тока в нагрузке отстает от максимума наводимой ЭДС на 90° и вследствие этого поток реакции, создаваемый током нагрузки, оказывается в противофазе к потоку возбуждения. В таком случае происходит ослабление потока возбуждения. Это явление называют размагничивающим эффектом нагрузки.

Рис. 3.50. Влияние характера нагрузки на поток возбуждения:

а — активная; б — индуктивная; в — емкостная; г — активно-индуктивная Для чисто емкостной нагрузки, отображенной в варианте в, имеет место эффект дополнительного подмагничивания или усиление потока возбуждения. Наиболее распространен на практике вариант (г) активно-индуктивной нагрузки, когда максимум тока отстает от максимума наводимой ЭДС на некоторый промежуточный угол, меньший 90°. В этом случае поток реакции Ф._; может быть разложен на две составляющие: поперечную составляющую Ф _v которая не искажает поток возбуждения, и продольную составляющую Ф_2</, которая приводит к ослаблению основного потока возбуждения Ф().</sub>

Векторные диаграммы синхронного генератора при разных типах нагрузки. Помимо влияния на поток возбуждения генератора, реакция нагрузки также влияет на величину и взаимное расположение векторов ЭДС и напряжения на зажимах генератора U_v. На рис. 3.51 показана схема замещения нагруженного генератора с учетом активного г_я и реактивного Х_я сопротивлений обмотки статора (якоря).

Рис. 3.51. Схема замещения нагруженного генератора.

Рассмотрим векторные диаграммы генератора при разных типах нагрузки. Напряжение на зажимах генератора определяется как.

В соответствии с данным уравнением строятся векторные диаграммы синхронного генератора для разных видов нагрузок, показанные на рис. 3.52. При построении диаграмм считаем, что задаваемое исходное положении и величина вектора ЭДС уже учитывают влияние реакции нагрузки на поток возбуждения.

Рис. 3.52. Векторные диаграммы синхронного генератора:

а — активно-индуктивная нагрузка; 6 — активно-емкостная нагрузка При активно-индуктивной нагрузке ток отстает от ЭДС. С учетом падения напряжения на обмотке получаем отставание вектора выходного напряжения на зажимах генератора и уменьшение его по модулю по отношению к вектору ЭДС.

При активно-емкостной нагрузке вектор тока опережает вектор ЭДС. С учетом падения напряжения на обмотке снова получаем отставание вектора напряжения на зажимах генератора от вектора ЭДС. Однако в этом случае модуль вектора напряжения на зажимах генератора может превысить величину модуля вектора ЭДС.

Синхронные тахогенераторы могут использоваться в качестве датчиков частоты вращения ротора в соответствии с формулой (3.27). Однако такие тахогенераторы на практике используются в системах автоматики редко. Объясняется это нелинейным характером их статических характеристик. Даже при высокоомной активной нагрузке такого тахогеператора искажение статической характеристики определяется зависимостью индуктивного сопротивления обмотки статора от частоты вращения ротора.