Реакция якоря синхронной машины
Рис. 5. Конструкция синхронного генератора
Рис.3. Кривая изменения магнитной индукции в воздушном зазоре.
В общем случае, когда машина имеет р пар полюсов и вращается с частотой n оборотов в минуту, ЭДС и ток в контуре изменяются с частотой:
f=pn/60.
Постоянные магниты (см. рис.1) применяются только в синхронных генераторах малой мощности. В большинстве же синхронных генераторов для получения возбуждающего магнитного поля применяют обмотку возбуждения, располагаемую на роторе. Эта обмотка подключается к источнику постоянного тока через скользящие контакты, осуществляемые посредством двух колец, размещенных на валу и изолированных от вала и друг от друга, и двух неподвижных щеток (рис.4).
Рис.4. Электромагнитная схема синхронного генератора
На рис.5 представлена конструкция синхронного генератора с явновыраженными полюсами на роторе.
1, 7 - подшипники; 2, 6 – подшипниковые щиты; 3 - корпус; 4 – сердечник статора с обмоткой; 5 – сердечник ротора; 8 - вал; 9 – коробка выводов; 10 - лапы; 11 – контактные кольца
В процессе работы нагруженного синхронного генератора в нем одновременно действуют МДС возбуждения Fв0 и якоря F1, при этом МДС якоря воздействует на МДС возбуждения, усиливая или ослабляя поле возбуждения или же искажая его форму.
Воздействие МДС обмотки якоря на МДС обмотки возбуждения называется реакцией якоря.
Реакция якоря оказывает влияние на рабочие свойства синхронной машины, так как изменение магнитного поля в машине сопровождается изменением ЭДС, наведенной в обмотке статора, а следовательно, изменением и ряда других величин, связанных с этой ЭДС. Влияние реакции якоря на работу синхронной машины зависит от значения и характера нагрузки.
Синхронные генераторы, как правило, работают на смешанную нагрузку (активно-индуктивную или активно-емкостную). Но для выяснения вопроса о влиянии реакции якоря на работу синхронной машины целесообразно рассмотреть случаи работы генератора при нагрузках предельного характера, а именно: активной, индуктивной и емкостной. Воспользуемся для этого векторными диаграммами МДС. При построении этих диаграмм следует иметь в виду, что вектор ЭДС Е0, индуцируемой магнитным потоком возбуждения в обмотке статора, отстает по фазе от вектора этого потока (а следовательно, и вектора МДС Fв0 ) на 90°. Что же касается вектора тока в обмотке статора I1, то он может занимать по отношению к вектору Е0 различные положения, определяемые углом y1, в зависимости от вида нагрузки.
Активная нагрузка (y1 = 0). На рис. 20.5, а представлены статор и ротор двухполюсного генератора. На статоре показана часть фазной обмотки. Ротор явнополюсный, вращается против движения часовой стрелки. В рассматриваемый момент времени ротор занимает вертикальное положение, что соответствует максимуму ЭДС Е0 в фазной обмотке. Так как ток при активной нагрузке совпадает по фазе с ЭДС, то указанное положение ротора соответствует также и максимуму тока. Изобразив линии магнитной индукции поля возбуждения (ротора) и линии магнитной индукции поля обмотки статора, видим, что МДС статора F1 направлена перпендикулярно МДС возбуждения Fв0. Этот вывод также подтверждается векторной диаграммой, построенной для этого же случая. Порядок построения этой диаграммы следующий: в соответствии с пространственным положением ротора генератоpa проводим вектор МДС возбуждения Fв0; под углом 90° к этому вектору в сторону отставания проводим вектор ЭДС Е0, наведенной магнитным полем возбуждения в обмотке статора; при подключении чисто активной нагрузки ток в обмотке статора I1 совпадает по фазе с ЭДС Е0, а поэтому вектор МДС F1, создаваемый этим током, сдвинут в пространстве относительно вектора Fв0 на 90°.
Рис. 20.5. Реакция якоря синхронного генератора при активной (а),
индуктивной (б) и емкостной (в) нагрузках
Такое воздействие МДС якоря F1 на МДС возбуждения Fв0 вызовет искажения результирующего поля машины: магнитное поле машины ослабляется под набегающим краем полюса и усиливается под сбегающим краем полюса (рис. 20.6).
