Реакция якоря в СГ при различных по характеру нагрузках

Рассмотрим качественно действие РЯ при различных по характеру нагрузках, при этом определим взаимное направление магнитных потоков Ф₀ и Ф_а и величину Ф_рез по сравнению с величиной Ф₀.

1-й случай. Угол сдвига фаз между и током I_а равен нулю (ψ = 0).

Этот случай, если пренебречь внутренним сопротивлением фазы СГ, соответствует чисто активной нагрузке ( ) Для наглядности изобразим упрощенный разрез СГ (рисунок 7.4,а), на котором три фазные обмотки показаны шестью проводниками (А-Х, B-Y, C-Z), а ротор — двухполюсным, считая его вращающимся по часовой стрелке. Ось полюсов ротора (продольную ось) обозначим d — d, а перпендикулярную ей (поперечную ось) q-q.

Положение ротора на рисунке 7.4 соответствует нагрузке СГ с углом ψ = 0, при условии, что в фазе А - Xток имеет амплитудное значение. В этом случае основной магнитный поток Ф₀ направлен по оси d — d (он так направлен вне зависимости от угла ψ), а намагничивающая сила F_a и магнитный поток Ф_а совпадают с осью катушки фазы А - Xи направлены по поперечной оси q. Сказанное иллюстрируется векторной диаграммой (рисунок 7.4,б). На ней основной магнитный поток Ф₀ и создающая его намагничивающая сила F_в направлены по оси d — d, ЭДС Е₀ отстает от потока Ф₀ на 90, ток I совпадает по фазе с Е₀ (ψ = 0), то есть направлены по оси q — q. Намагничивающая сила обмоток статора F_a и создаваемый ею магнитный поток Ф_а, совпадают по фазе с током I (что соблюдается всегда, вне зависимости от значения угла ψ). Так как F_а и Ф_a в рассмотренном случае совпадают с поперечной осью q — q, реакция якоря при ψ = 0 называется поперечной.

На рисунке. 7.4 условно показаны магнитные силовые линии основного потока Ф₀ и потока статора (потока реакции якоря) Ф_а; они совпадают по направлению на одном краю полюса (сбегающем) и встречно направлены на другом крае (набегающем), т. е. магнитная индукция результирующего поля усиливается под одним краем и ослабляется под другим краем полюса. За счет этого происходит нарушение симметрии распределения индукции результирующего магнитного поля относительно оси полюсов ротора, однако закон распределения индукции вдоль зазора останется синусоидальным с амплитудой B_рeз._m, примерно такой же, как и В_от, тоесть можно считать, что при нагрузке с ψ= 0, поперечная реакция якоря практически не изменяет величины Ф_рез, по сравнению с Ф₀, если магнитная цепь СГ не насыщена. При насыщенной магнитной цепи, как и в генераторе постоянного тока, ослабление поля под одним краем полюса больше, чем его увеличение под другим краем, поэтому результирующее поле ослабляется.

Отметим также, что на проводники обмотки статора с током I_а в магнитном поле с потоком Ф_рез действуют электромагнитные силы, направление которых можно определить по правилу левой руки. При нагрузке СГ с углом ψ= 0 все электромагнитные силы действуют на проводники статора согласно, создавая электромагнитный момент, но так как статор неподвижен, то этот момент стремится затормозить вращение ротора и на преодоление этого момента затрачивается соответствующий момент первичного двигателя.

2-й случай. Угол сдвига фаз между ЭДС и током якоря равен (ток отстает от ЭДС на 90⁰).

Этот случай соответствует чисто индуктивной нагрузке. Как и в 1-м случае ток в фазе А - Xимеет амплитудное значение и направление, как показано на рисунке 7.5, а. При угле максимальная ЭДС такого же направления будет в проводнике обмотки статора, расположенном в пространстве со сдвигом на 90° в сторону вращения ротора. Исходя из этого на рисунке 7.5, а показано соответствующее положение ротора. Как видно, поток статора Ф_а направлен по продольной оси d — d навстречу потоку Ф₀, т.е. размагничивает машину. Это же отражается и на векторной диаграмме рисунка 7.5, б. Поэтому при угле

Рисунок 7.5 – Реакция якоря СГ при индуктивной нагрузке

реакция якоря называется продольно размагничивающей, а результирующий магнитный поток при нагрузке с углом за счет РЯ тем меньше, чем больше ток I_a и поток Ф_а реакции якоря.

При нагрузке СГ с на каждый проводник с током обмотки статора, находящийся в основном магнитном поле, действует электромагнитная сила, но, как видно из рисунка 7.5, под каждым полюсом ротора одна и вторая половины проводников обмотки якоря имеют разные направления тока, поэтому равнодействующая электромагнитных сил равна нулю и электромагнитный момент не создается.

3-й случай. - этот случай теоретически возможен при чисто емкостной нагрузке, однако теперь направление магнитного потока якоря Ф_а совпадает с осью d — d и с направлением магнитного потока Ф₀.

РЯ в этом случае называется продольной намагничивающей, а результирующий магнитный поток оказывается больше, чем основной (рисунок 7.6). Как и в случае с в СГ не создается электромагнитного момента.

4-й случай. В реальном режиме работы СГ его нагрузка, как правило, бывает активно-индуктивной, то есть . Теоретически возможна и нагрузка активно-емкостная, то есть .

Рассматривая характер РЯ при таких смешанных нагрузках с помощью векторных диаграмм (рисунок 7.7), удобно разложить ток I_a и МДС статорной обмотки F_a на две составляющие, одну - по поперечной оси (I_q и F_aq) и вторую – по продольной оси (1_d и F_ad)

I_q = I_acosψ, I_d = I_a sinψ (7.8)

и учитывать РЯ от каждой из этих составляющих или, как принято говорить, подходить к анализу с позиций теории двух реакций.

Очевидно, что для активно-индуктивной нагрузке РЯ будет и поперечной, и продольно-размагничивающей, и за счет этого результирующий магнитный поток может быть меньше основного. А для нагрузок активно-емкостных РЯ будет и поперечной, и продольно-подмагничивающей, а результирующий магнитный поток - больше основного.

Количественный учет реакции якоря в синхронных машинах составляет очень важную часть их проектирования, и построения систем управления и регулирования, так как является обычно главной причиной изменения напряжения при изменении нагрузки.

Поиск по сайту: