Г) Внешние характеристики

Внешние характеристики U = f(I) при I_в = const и cosj = const представлены на рис 4-42. Их обычно снимают установив при I = I_н такой ток возбуждения I_в, чтобы при заданном cos φ получить U = U_н. По характеристикам могут быть найдены процентные значения изменения напряжения при переходе генератора от нагрузки к холостому ходу.

Рис. 4-42. Внешние характеристики.

Определение внешних характеристик может быть произведено по регулировочным характеристикам, построенным при помощи векторных диаграмм и характеристики холостого хода.

Пусть требуется определить внешнюю характеристику при номинальном токе возбуждения I_в.н, соответствующем U_н при I_н и соs φ_н. В этом случае известны, следовательно, две точки внешней характеристики: U_н при I_н и . U₀ = E₀ при I = 0. Для определения промежуточных точек нужно построить регулировочные характеристики для cos φ_н = const и напряжений U', U", ..., значения которых лежат между U₀ и U_н.

На рис. 4-43 показано, как определяются промежуточные точки внешней характеристики по регулировочным характеристикам.

Рис. 4-43. Построение внешней характеристики по регулировочным.

4-3.9. Кратности тока короткого замыкания

Различают кратности тока короткого замыкания при «возбуждении холостого хода»

(4-32)

и при номинальном возбуждении

, (4-33)

где I_к0 — ток короткого замыкания при возбуждении I_в0, соответствующем E₀ = U_н при холостом ходе, а I_к.н — ток короткого замыкания при номинальном возбуждении.

Большее практическое значение имеет величина I_к0, которую называют также отношением короткого замыкания и обозначают ОКЗ: f_к0 = ОКЗ.

Значения f_к0 и f_к.н могут быть определены по характеристике короткого замыкания.

Если последняя построена в относительных единицах, то значения тока статора при токах возбуждения и будут равны соответственно f_к0 и f_к.н.

Их можно также определить по формулам:

и

,

где и — значения э.д.с. по спрямленной характеристике холостого хода при и , а x_d ( ) — ненасыщенное значение продольного синхронного сопротивления. Обычные значения ОК3 = f_к0 лежат в следующих пределах: для турбогенераторов ОКЗ = 0,55 0,9; для гидрогенераторов ОКЗ = 0,9 1,9.

4-4. Несимметричная нагрузка трехфазного генератора

Несимметричная нагрузка трехфазных генераторов получается при неравномерном распределении однофазных приемников энергии. Однако в большинстве случаев достижение практически симметричной нагрузки не представляет затруднений.

Если нагрузку составляют однофазные электрические печи большой мощности, например на металлургических заводах, то распределению таких приемников энергии между фазами трехфазной сети следует уделять особое внимание. При наличии на указанных заводах собственных небольших электрических станций все же приходится считаться с возможностью заметной несимметрии нагрузки генераторов этих станций.

Несимметричная нагрузка может получиться при аварийных режимах, например в случае обрыва одного из проводов линии или при работе генераторов на линию через неполную трансформаторную группу. Возможны также несимметричные короткие замыкания: двухфазное, однофазное (при наличии нулевого провода).

Таким образом, исследование работы трехфазных генераторов при несимметричной нагрузке наряду с теоретическим имеет и практическое значение. При этом исследовании мы будем пользоваться методом симметричных составляющих. Примем, что нагрузка характеризуется несимметричной системой токов в фазах статора , которая при разложении дает все три симметричные составляющие системы: (токи прямой последовательности); (токи обратной последовательности); (токи нулевой последовательности). Можно действие каждой из этих симметричных систем токов в синхронной машине с симметричной обмоткой на статоре учитывать отдельно.

Токи прямой последовательности создадут н.с., вращающуюся в сторону вращения полюсов с синхронной частотой. Будем ее называть прямо-синхронной н.с. Она будет неподвижна относительно полюсов и определенным образом воздействовать на основное поле машины, т. е. создавать реакцию якоря в том смысле, в каком понимается это явление.

Токи обратной последовательности создадут н.с., вращающуюся в обратную сторону с синхронной частотой. Будем ее называть обратно-синхронной или обратной н.с. Она будет вращаться относительно полюсов с двойной синхронной частотой и вызовет соответствующее обратно-синхронное (или обратное) поле.

Токи нулевой последовательности создадут н.с., первые гармоники (так же как и гармоники с номером 5, 7, 11, 13 и т. д.) которые в сумме дадут нуль. Останутся только гармоники с номером, кратным трем. Они вызовут пульсирующие поля, оказывающие на работу машины относительно слабое влияние.