1.2. Магнитодвижущая сила и магнитное поле трехфазного

синхронного генератора при холостом ходе и нагрузке.

Реакция якоря

При холостом ходе генератора, когда тока в якоре нет, маг­нитное поле создается только м.д.с. обмотки возбуждения. По­ток полюсов может быть разбит на две части. Одна его часть проходит через воздушный зазор в якорь и индуктирует в якор­ной обмотке э.д.с. Эту часть потока называют основным по­током полюсов Ф₀ . Другая часть потока полюсов замы­кается вокруг обмотки возбуждения, не заходя в якорь. Это по­ток рассеивания полюсов Ф_S. В том случае, когда величина потокосцеплений, образуемых основным потоком Ф₀ с обмоткой якоря, изменяется при вращении ротора по синусоидальному за­кону, в якорной обмотке наводится синусоидальная э.д.с. Эффективное значение ее определяется формулой:

При нагрузке, когда по обмотке якоря протекает ток, допол­нительно появляется м.д.с. якоря. Кривая распределения ее по окружности якоря близка к синусоиде, что достигается в основ­ном выбором соответствующего числа пазов на полюс и фазу и укорочением шага при выполнении обмотки якоря. Так как м.д.с. якоря образована системой трехфазного тока, она вращается в том же направлении и с той же скоростью, что и полюса машины, т.е. м.д.с. якоря и полюсов относительно неподвижны. В таком случае они постоянно взаимодействуют между собой. В дальнейшем мы будем рассматривать лишь взаимодействие основных гармонических м.д.с. Действие основной гармонической м.д.с. якоря в отношении основной гармонической м.д.с. полюсов называется реакцией якоря. В итоге образуется результирующая м.д.с. В связи с этим изменяется поток машины, а, следо­вательно, и э.д.с., индуктируемая в обмотке якоря при нагрузке. Изменение характера нагрузки приводит к изменению основных волн м.д.с. якоря и полюсов, в связи с чем изменяются резуль­тирующая м.д.с. и поле машины. Таким образом, реакция якоря зависит от характера нагрузки.

Первоначально определим характер реакции якоря при токе I, совпадающем по фазе с э.д.с. Е₀. Такую нагрузку условно на­зовем активной.

С точки зрения наведения э.д.с. в обмотке якоря постоянные во времени, но вращающиеся в пространстве, поток и создающая его м.д.с. полюсов эквивалентны соответствующим потоку и м.д.с., переменным во времени, но неподвижным относительно обмотки якоря. Следовательно, поток Ф₀ и индуктируемая им э.д.с. Е₀ могут быть представлены в виде временных векторов, сдвинутых один относительно другого на 90° (рис.1.8. а). Так как м.д.с. якоря и полюсов относительно неподвижны, то реакцию якоря можно рассматривать для какого-то одного момента вре­мени. Удобнее взять тот момент, когда ток в одной из фаз дости­гает максимума. При таком выборе отпадает необходимость изо­бражать все три фазы, так как амплитуда результирующей м.д.с. трехфазной обмотки, как известно, совпадает с амплитудой м.д.с. той фазы, в которой в данный момент ток максимален. На рис. поэтому рассматривается лишь одна фаза, причем послед­няя заменена одной катушкой.

При φ=0 амплитуды синусоид м.д.с. полюсов (кривая 1) и якоря (кривая 2) сдвинуты в пространстве на 90°. Такая реакция якоря называется поперечной (F_ag). Влияние ее проявляется в том, что на набегающем крае полюса она, будучи направленной против м.д.с. полюса (кривая 1), действует размагничивающим образом, а на сбегающем крае, будучи направленной здесь со­гласно с м.д.с. полюса,—намагничивающим образом. Ось кривой результирующей м.д.с. (кривая 3) сдвигается относительно оси м.д.с. полюсов в сторону, обратную направлению вращения ма­шины.

При чисто индуктивной нагрузке (φ=90°) ток в катушке (фа­зе) достигает максимального значения позже на четверть перио­да, чем э.д.с. Е₀ (рис.1.8. б). Следовательно, максимальным он будет в тот момент, когда ось катушки совпадает с осью полюсов после поворота их на четверть периода от положения, занимае­мого ими при φ=0. Как видно, ось м.д.с. якоря здесь направлена по оси полюсов, поэтому такая м.д.с. якоря носит название продольной (F_ad). Влияние ее в данном случае проявляется в том, что она, будучи направленной против м.д.с. полюсов, дей­ствует размагничивающим образом.

Рис. 1.8. Реакция якоря синхронного генератора:

а – при активной нагрузке; б – при чисто индуктивной нагру

При чисто емкостной нагрузке (φ=-90°) ток в катушке (фазе) достигает максимального значения раньше на четверть периода, чем э.д.с. Е₀ . Следовательно, максимальным он будет в тот момент, когда ось катушки совпадет с осью полюсов при сдвиге последних на четверть периода влево от положения, зани­маемого ими при φ=0. Соответствующие этому случаю кривые 1 и 2 м.д.с. полюсов и якоря изображены на рис.1.8. в. Как видно, м.д.с. якоря в этом случае является также продольной, но, будучи направленной согласно с м.д.с. полюсов, она дейст­вует намагничивающим образом.

Обычно в практике имеет место смешанная - активно-индук­тивная нагрузка (рис.1.8. г). Для оценки влияния реакции якоря в этом случае основную гармоническую м.д.с. якоря F_a можно представить в виде двух составляющих м.д.с. — поперечной с амплитудой F_aq пропорциональной активной составляющей тока якоря I_q = Icosφ, и продольной с амплитудой F_ad, пропор­циональной реактивной составляющей тока якоря якоря I_d = Isinφ, и рассматривать отдельно действие этих составляющих. Такой метод анализа в теории синхронных машин называется методом двух реакций.