Реакция якоря синхронного генератора

 

Основной магнитный поток машины — это поток возбуждения, создаваемый обмоткой ротора. При отсутствии нагрузки этот поток является   единственным  потоком  машины.

При нагрузке синхронного генератора по обмотке статора (якоря) проходит ток I, который создает свой магнитный поток. Этот поток оказывает значительное влияние на магнитное поле машины в целом, изменяя его по величине или искажая его распреде­ление. Такое действие магнитного потока статора (якоря) на поток полюсов ротора называется реакцией якоря.

Рассмотрим три характерных случая:

1. К генератору присоединена активная нагрузка. Ток I совпа­дает по фазе с э. д. с, индуктированной в обмотке статора.

Рассмотрим  момент,   когда  обе  стороны  катушки  однофазной обмотки оказались над серединами полюсов (рис. 277, а)^[10].

В этот момент э. д. с. катушки имеет максимальное значение, а так как нагрузка генератора чисто активная, то и ток в катушке будет иметь максимальное значение. Направление магнитных линийвокруг проводников катушки статора определяется по правилу «буравчика». Из чертежа видно, что поле статора размагничивает

набегающий край полюсов и намагничивает сбегающий край полюсов. Этот случай носит название поперечной реакции якоря

3.  Генератор нагружен чисто индуктивной нагрузкой Ппи этом ток отстает от э. д. с. на 90° (рис. 277, б). Максимум тока наступает в момент, когда полюсы успевают отойти от соответствующихпроводников на расстояние, равное половине полюсного деления^[11].

Из чертежа видно, что магнитный поток статора направлен навстречу потоку полюсов вдоль их оси и, следовательно, ослабляет магнитное поле машины. Этот случай носит название продольно-размагничивающей реакции якоря.

3. Генератор нагружен чисто емкостной нагрузкой. При этом ток опережает э. д. с. на 90° (рис. 277, в).

Максимум тока наступает в момент, когда полюсы не дойдут до соответствующих проводников на расстояние, равное половине полюсного деления.

Из чертежа видно, что магнитный поток статора направлен согласно с потоком полюсов вдоль их оси и, следовательно, усили­вает магнитное поле машины. Этот случай носит название продольно-намагничивающей реакции якоря.

В действительности нагрузка носит смешанный характер. Поэтому магнитный поток реакции якоря будет иметь как поперечную, так и продольную составляющие.

Таким образом, реакция якоря синхронного генератора зависит от характера нагрузки, т. е. от сдвига фаз между индуктированной в статоре э. д. с. и его током.

Влияние реакции якоря на работу синхрон­ного генератора зависит от величины нагрузоч­ного тока /, протекающего по обмотке статора. С ростом индуктивной нагрузки усиливается размагничивающее действие реакции якоря, а с ростом емкостной нагрузки усиливается намаг­ничивающее действие реакции якоря.

Синхронные двигатели

Синхронные машины, как и другие типы электрических машин, обладают свойством обратимости, т. е. они могут работать как в ре­жиме генератора, так и в режиме двигателя.

Конструкция синхронного двигателя мало отличается от кон­струкции синхронного генератора. На статоре синхронного двигателя расположена трехфазная обмотка, питаемая трехфазным током. Ротор синхронного двигателя, обычно явнополюсный, имеет обмотку возбуждения, которая получает постоянный ток от специаль­ного генератора постоянного тока — возбудителя.

Если обмотку статора синхронного двигателя включить в сеть трехфазного тока, то внутри статора возникнет вращающееся магнитное   поле.   Скорость   вращения   поля   определяется  формулой

 

где f₁ — частота тока сети;

      р — число   пар   полюсов   поля.

 

 

При подаче постоянного тока в обмотку возбуждения ротора возникнет магнитное поле полюсов ротора. Но, несмотря на нали­чие вращающегося магнитного поля, ротор будет оставаться непо­движным.  Это объясняется  следующим.

Допустим, что скорость вращающегося магнитного поля (син­хронная скорость) п0 — 3000 об/мин или 50 об/сек. С такой высокой скоростью вращающееся магнитное поле будет вращаться вокруг неподвижного ротора. Силы взаимодействия между полюсами вра­щающегося поля и полюсами ротора будут направлены поочередно то в одну, то в другую сторону. Поэтому ротор, обладающий опреде­ленной массой, а следовательно, и инерцией, не может тронуться с места и развить необходимую скорость.

Отсутствие начального пускового момента является большим недостатком синхронных двигателей, который долгое время препятствовал  широкому   распростра­нению этих двигателей.

Сложность пуска синхронных двигателей состоит в том, что нужно предварительно осущест­вить разгон ротора до синхрон­ной или почти синхронной ско­рости. Только в этом случае нач­нут взаимодействовать полюсы вращающегося магнитного поля и полюсы ротора, в результате чего ротор войдет в синхронизм и будет вращаться с той же ско­ростью, что и поле, т. е. син­хронно.