Методические указания по подготовке к выполнению и выполнению лабораторной работы Описание лабораторного стенда (стр. 3 из 20)
- синхронные генераторы с не явно выраженными полюсами (турбогенераторы) при
и электромагнитном возбуждении,- синхронные генераторы с явно выраженными полюсами при
и электромагнитном возбуждении,- синхронные генераторы с возбуждением от постоянных магнитов, для которых характерно соотношение
.Оценить влияние различия в величинах реактивностей по продольной и поперечной осям генераторов и их соотношений относительно друг друга на вид внешних характеристик можно с помощью модели внешней характеристики генератора.
Для наглядности последующих выкладок воспользуемся упрощенной моделью внешней характеристики синхронного генератора, которая соответствует автономному режиму работы генератора на активную нагрузку (
). Будем считать также, что активная составляющая сопротивления фазы генератора пренебрежимо мала ( 
). При таких допущениях уравнение внешней характеристики генератора принимает вид 
. (3.2) Если преобразовать систему уравнений (3.2) к виду 
(3.3) и, пренебрегая величиной активной составляющей сопротивления обмотки якоря 
, исследовать на наличие экстремума величину напряжения генератора при изменении сопротивления нагрузки, то получим 
. (3.4) С учетом монотонного изменения знаменателя дроби (3.4) при 
и 
получим уравнение вида 
, решая которое относительно величины 
, получим 
. (3.5)Структура формулы (3.5) показывает, что при
внешняя характеристика синхронного генератора в автономном режиме работы на активную нагрузку всегда будет монотонно падающей. Как указывалось выше, такое соотношение реактивностей по продольной и поперечной осям генератора характерно для синхронных генераторов с электромагнитным возбуждением. В синхронном генераторе с возбуждением от постоянных магнитов магнитная проводимость по продольной оси генератора мала, поэтому существование неравенства 
является вполне реальным явлением. Это обстоятельство открывает возможность разработки источников переменного тока с параметрическим способом стабилизации напряжения. Естественно, что их использование допустимо лишь в автономном режиме работы.На рисунке 3.3 представлены построенные по уравнениям системы (3.2) внешние характеристики синхронных генераторов. Параметром различия генераторов выбрано соотношение их реактивностей по продольной и поперечной осям. Графики внешних характеристик представлены в относительных единицах, при общепринятых базовых величинах
. За основной вариант синхронного генератора принята конструкция с явно выраженными полюсами, для которой, и для промышленных генераторов, и авиационных генераторов, характерными величинами реактивностей являются 
Рисунок 3.3. Внешние характеристики генераторов при
Если, как это сделано при построении графиков на рисунке 3.3, инвариантной точкой для всех генераторов принять точку номинального режима работы (
), то можно установить, что различие между ЭДС и номинальным напряжением генератора как источника электропитания определяется в основном величиной индуктивного сопротивления по продольной оси. Оценивая теоретические возможности по созданию источника переменного тока с параметрической стабилизацией напряжения в пределах допусковой зоны, можно утверждать, что решение может существовать в рамках явно выраженной полюсной системы генератора. Причем, если при явно выраженных полюсах индуктора будет найден эффективный способ управления величиной магнитного сопротивления, определяющего величину магнитного потока от продольной составляющей МДС реакции якоря. Как видно из графиков, соответствующих соотношению 
, наилучшие результаты по точности параметрической стабилизации напряжения генератора получаются только положительной величине комплекса под знаком радикала в формуле (3.5). При этом оптимизации подлежит только положение величины сопротивления из формулы (3.5) в диапазоне 
.Таким образом, если в синхронном генераторе с явно выраженными полюсами и полюсными наконечниками имеется возможность управлять величиной индуктивного сопротивления по продольной оси, то нет теоретических препятствий для создания на его основе источника ЭДС.
Не останавливаясь на конструктивных способах создания на базе синхронного генератора источника переменного тока, близкого по параметрам к источнику ЭДС, рассмотрим более известный способ решения этой задачи. Способ базируется на изменении структуры источника.
Математическая модель синхронного генератора допускает возможность создания режима источника ЭДС на шинах подключения потребителей за счет изменения величины и коэффициента мощности нагрузки, подключенной непосредственно к генератору.
О степени влияния коэффициента мощности нагрузки на величину и характер внутреннего сопротивления генератора можно судить по графикам, представленным на рисунке 3.4. Графики построены в относительных единицах с использованием математической модели синхронного генератора в виде системы уравнений
. (3.6) Угол фазового сдвига 
между током и напряжением генератора выбран из расчета получения 
при смешанной (активно-реактивной) нагрузке генератора. Области смешанных нагрузок генератора на рисунке 3.4 разделены внешней характеристикой, построенной для случая чисто активной нагрузки ( 
). Парное ( 
и 
) расположение внешних характеристик представлено для оценки степени влияния активной составляющей сопротивления фазы.При построении всех графиков, представленных на рисунке 3.4, реактивные сопротивления по продольной и поперечной осям приняты величинами постоянными и равными соответственно
и 
Тогда, при ЭДС 
, по графикам, можно получить полные сведения о возможности создания источника ЭДС на базе синхронного генератора с явно выраженными полюсами.Анализ рассматриваемых внешних характеристик показывает, что в синхронном генераторе нельзя добиться естественной стабилизации напряжения ни при одном из фазовых сдвигов из интервала (
). Однако особенности
Рисунок 3.4. Влияние характера нагрузки на вид внешней характеристики генератора
расположения внешних характеристик относительно номинального уровня напряжения показывают возможность придания генератору свойств источника ЭДС изменением коэффициента мощности нагрузки генератора. На рисунке 3.5 представлено техническое решение этого положения.