ХОЛОСТОЙ ХОД СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

Под холостым ходом автономного синхронного генера­тора понимается такой режим его работы, при котором ро­тор вращается приводным двигателем, а обмотка якоря разомкнута. В этом случае магнитное поле машины созда­ется только током возбуждения. Это поле можно разло­жить на две составляющие: основное поле, магнитные ли­нии которого проходят через воздушный зазор и сцепляют­ся с обмоткой якоря, и поле рассеяния полюсов, магнитные линии которого сцепляются только с обмоткой возбуж­дения.

Магнитный поток основного поля при вращении полю­сов индуктирует в обмотке якоря ЭДС. К этой ЭДС и к на­пряжению на выводах генератора предъявляется требова­ние, чтобы их форма приближалась к синусоидальной. Это требование обусловлено тем, что при синусоидальных ЭДС и напряжении ток в якоре при линейном характере подключенной цепи также синусоидален. Вследствие этого сум­марные потери в генераторе и у потребителей минималь­ны, так как отсутствуют добавочные потери от высших гармонических. Критерием для оценки кривой ЭДС служит коэффициент искажения синусоидальности этой кривой, под которым понимается выраженное в процентах отноше­ние корня квадратного из суммы квадратов амплитудных (или действующих) значений высших гармонических со­ставляющих данной кривой к амплитудному (или дейст­вующему) значению основной гармонической этой кривой:

где ν - порядок гармонической составляющей.

Коэффициент искажения кривой линейных ЭДС в трех­фазных генераторах переменного тока 50 Гц не должен превышать 5 % для генераторов мощностью выше 100 кВ∙А и 10 % для генераторов мощностью до 100 кВ∙А.

Для получения кривой ЭДС, близкой к синусоиде, прежде всего необходимо, чтобы кривая магнитного поля возбуждения машины была по возможности синусоидаль­ной. В явнополюсной машине для этого зазор между полю­сом   и   статором  делают  неравномерным   (рис.   20, а): обычно у краев полюса зазор берут в 1,5-2 раза больше, чем у середины. Распределение магнитной индукции в зазоре между полюсом и якорем при такой конфигурации его нако­нечника показано на рис. 20, б. Там же штриховой ли­нией для сравнения показана кривая магнитной индукции при равномерном зазоре. В неявнополюсной машине улучше­ние формы магнитного поля возбуждения достигается вы­бором соотношения между частями полюсного деления, имеющими и не имеющими об­мотку (рис. 21). Пренебре­гая влиянием пазов, создаю­щих  некоторую ступенчатость в кривой МДС и магнитной индукции, можно принять, что МДС обмотки возбуждения, а также кривая магнитного поля распределены по окружности цилиндрического ро­тора с неявными полюсами по трапецеидальному закону. Амплитудные значения основных гармоник МДС и индук­ции поля соответственно равны

где F_в,max и B_δ,max - максимальные значения МДС обмот­ки возбуждения на один полюс и индукции в зазоре; w_в, I_в - число витков обмотки возбуждения на полюс и ток возбуждения; α - длина дуги, соответствующая половине той части полюсного деления, на которой располагается об­мотка возбуждения.

В целях улучшения кривой магнитного поля возбужде­ния часть полюса, на которой не укладывается обмотка, выбирают равной τ/3 (α=π/3).  В  этом случае  в  кривой магнитной индукции будут отсутствовать все гармоники с номером, кратным 3, а остальные высшие гармоники бу­дут ослаблены.

Кроме того, для улучшения формы кривой индуктиро­ванной ЭДС применяют распределение обмотки якоря по пазам и укорочение ее шага. В мощных много­полюсных машинах улучшению кривой ЭДС способствует применение обмоток с дробным q.

Важной характеристикой синхронной машины является характеристика холостого хода. Она представляет собой зависимость ЭДС, индуктируемой в обмотке якоря, от тока возбуждения при неизменной частоте вращения ротора. Эта характеристика позволяет
оценить насыщение магнит­ной цепи машины и с ее помощью построить векторные диаграммы и другие характеристики машины.

На рис. 22 показана схема для снятия характерис­тики холостого хода опытным путем. С  помощью резистора R_в ток возбуждения изменяют от максимального значения до нуля, записывая при этом показания амперметра и вольтметра.

При токе возбуждения I_в =0 ЭДС от остаточного магнетизма E_ост = (2÷3) %U_1ном. При расчетах обычно используют характеристику холостого хода, которую получают, смещая опытную характеристику вправо на расстояние АО (сплошная линия).

На основании сравнения характеристик холостого хода современных синхронных гене­раторов было установлено, что эти характеристики мало от­личаются друг от друга, если построение их производить в относительных единицах. При переводе ЭДС в относи­тельные единицы ее текущее значение в вольтах делят на номинальное напряжение яко­ря в вольтах (E_*=E/ U_1ном). Относительное значение тока возбуждения находят как отношение текущего значения тока возбуждения в амперах к току, принятому за базовый, в амперах (I_в* = I_в / I_в,б). За базовый ток возбуждения I_в,б принимается ток, соответст­вующий по характеристике холостого хода  E= U_1ном. По­лученные таким образом характеристики называются нормальными характеристиками холостого хода. Эти характерстики для явнополюсных и неявнополюсных генераторов даны в таблице.

Примечание. E_*г,г - ЭДС гидрогенератора; E_*г,г - ЭДС турбогенератора.

• Закон Ленца
• Технические данные асинхронных электродвигателей серии 4А (4АНК) с фазным ротором (IP23).
• Технические данные асинхронных электродвигателей серии 4А (4АК) с фазным ротором (IP44)
• Техническое обслуживание электродвигателей
• Современные силовые трансформаторы