Синхронные машины. Машины постоянного тока (стр. 8 из 42)
Если известны коэффициенты приведения kdи kq, то по полученному значению xdможно определить синхронное индуктивное сопротивление по поперечной оси:
. (1.26б)В неявнополюсных машинах xd = xq = xсн, т.е. хсн = Е0/Iк. Если выразить синхронные индуктивные сопротивления в относительных единицах, то
; 
. (1.27)где Iа ном и Uном–фазные значения номинальных величин тока и напряжения.
Сопротивления в относительных единицах наглядно выражают параметры машины, показывая относительную (по отношению к номинальному напряжению) величину падения напряжения при номинальном токе. Относительные величины позволяют, кроме того, сравнивать между собой свойства генераторов различной мощности.
Отношение короткого замыкания. Иногда в паспорте машины указывается величина, обратная x d*, называемая отношением короткого замыкания:
. (1.28)Это отношение характеризует величину установившегося тока короткого замыкания Iкном, который имеет место при токе возбуждения генератора, соответствующем номинальному напряжению
.В современных синхронных явнополюсных машинах средней и большой мощности x d* = 0,6 ÷ 1,6, axq*= 0,4 ÷ 1. Сопротивление x d*определяется в основном реакцией якоря, так как относительная величина индуктивного сопротивления, обусловленного потоком рассеяния, мала (xsa* = 0, l ÷ 0,2). В неявнополюсных машинах средней и большой мощности обычно сопротивление хсн* = 0,9 ÷ 2,4. При указанных значениях x d*и хq*, для гидрогенераторов kо.к.з = 0,8 ÷ 1,8, а для турбогенераторов kо.к.з = 0,5 ÷ 1,0. Следовательно, установившийся ток короткого замыкания в синхронных машинах сравнительно невелик (в некоторых машинах он меньше номинального), так как при этом режиме угол ψк ≈ 0 и поле якоря сильно размагничивает машину. Очевидно, что результирующий магнитный поток Фрез.к << Фв и э.д.с. Ек << Е0.
Коэффициент kо.к.з имеет большое значение для эксплуатации не только потому, что показывает кратность тока короткого замыкания, но также и потому, что определяет предельную величину мощности, которой можно нагрузить синхронный генератор. В этом отношении выгоднее иметь машины с большим kо.к.з, однако это требует выполнения ее с большим воздушным зазором, что существенно удорожает машину.
Определение индуктивного сопротивления хsa.Для определения xsaснимают индукционную нагрузочную характеристику генератора, т.е. зависимость его напряжения Uот тока возбуждения Iв при неизменных токе нагрузки Iа = Iном, частоте f1и cosφ = 0 (чисто индуктивная нагрузка). Нагрузочная характеристика 2 (рис. 1.30, а) проходит ниже характеристики холостого хода 1, которую можно рассматривать как частный случай нагрузочной характеристики при Iа = 0.
Рис. 1.30–Индукционная нагрузочная характеристика синхронного генератора (а)и его векторная диаграмма при индуктивной нагрузке (б)
Так как при снятии индукционной нагрузочной характеристики в машине имеется только продольная составляющая м. д. с. Fаd реакции якоря, то, как следует из векторной диаграммы (рис. 1–30, б), результирующая м. д. с.
и напряжение машины Ù = Ė0–jİaxad–jJaxsa= Ė–jİaxsa. Точка А кривой 2 соответствует режиму короткого замыкания, т.е. значению U= 0 при Iк = Iном. Треугольник ABCназывают реактивным или характеристическим треугольником; его горизонтальный катет СА соответствует току возбуждения Iв.к, компенсирующему размагничивающее действие реакции якоря Fadном, а вертикальный катет ВС-э. д. с, необходимой для компенсации падения напряжения Iaномxsaпри номинальном токе якоря. Для любой другой точки нагрузочной характеристики при φ = 90° составляющая тока возбуждения, компенсирующая размагничивающее действие реакции якоря, останется неизменной, так как величина тока якоря постоянна. Неизменным останется и падение напряжения Iaномxsa. Следовательно, нагрузочную характеристику можно получить как след вершины А реактивного треугольника при перемещении его так, чтобы вершина В скользила по характеристике холостого хода, а стороны треугольника оставались бы параллельными соответствующим сторонам первоначально построенного треугольника. В этом легко убедиться, рассматривая точку А' и треугольник А'В'С' (рис. 1.30) при номинальном напряжении Uном. В этом режиме э.д.с. 
,т.е. равна ординате точки В'; отрезок
соответствует току Iв.к, компенсирующему размагничивающее действие реакции якоря. Отрезок 
соответствует составляющей тока возбуждения, необходимой для индуктирования э. д. с. Esa = Iaномxsa.Из рассмотренного вытекает следующий способ определения индуктивного сопротивления xsa. На кривой 2 находят точку А', соответствующую номинальному напряжению Uном, и откладывают влево от этой точки отрезок
(его определяют по характеристике короткого замыкания 3 для тока Iк = Iном). Затем через точку О' проводят прямую, параллельную начальной части характеристики 1, до пересечения с этой характеристикой в точке В'. Опустив из точки В' перпендикуляр на линию О'А', получают отрезок 
= Iaномxsa. Следовательно, 
.Сопротивление, найденное описанным способом, несколько превышает действительное сопротивление, обусловленное потоками рассеяния:
,и получило название сопротивления Потье. Сопротивление хр≈(1,05 ÷1,3) хsa. Последнее объясняется тем, что в точках В' и А' токи возбуждения различны, и, хотя э. д. с. и потоки в воздушном зазоре одинаковы, при большем токе возбуждения имеет место увеличение магнитного сопротивления из-за больших потоков рассеяния обмотки возбуждения, насыщающих полюсы и ярмо индуктора, т.е. реально
.1.9 Параллельная работа синхронной машиныс сетью
Особенности работы генератора на сеть большой мощности. Обычно электростанции имеют несколько синхронных генераторов для параллельной работы на общую сеть. Это увеличивает общую мощность электростанции (при ограниченной мощности каждого из установленных на ней генераторов), повышает надежность энергоснабжения потребителей и позволяет лучше организовать обслуживание агрегатов. Электрические станции, в свою очередь, объединяют для параллельной работы в мощные энергосистемы, позволяющие наилучшим образом решать задачу производства и распределения электрической энергии. Таким образом, для синхронной машины, установленной на электрической станции, типичным является режим работы на сеть большой мощности, по сравнению с которой мощность рассматриваемого генератора является очень малой. В этом случае сбольшой степенью точности можно принять, что генератор работает параллельно с сетью бесконечно большой мощности, т.е. что напряжение сети Uс и ее частота f с являются постоянными, не зависящими от нагрузки данного генератора.