9. Реакция якоря синхронного генератора

Воздействие магнитного поля обмотки якоря, на магнитное поле созданное обмотки возбуждения называется реакцией якоря.

Действие реакции якоря зависит от характера нагрузки: активной ( ), индуктивной ( ), емкостной ( ) или смешанной ( или ).

Рассмотрим реакцию якоря на примере однофазного двухполюсного синхронного генератора.

Ток обмотки возбуждения создает магнитный поток Ф_f, который направлен по продольной оси полюса d (определяется по правилу буравчика). Этот поток, вращаясь с синхронной частотой вместе с ротором, индуктирует в обмотке якоря ЭДС Е_f, вектор которой отстает на периода от вектора потока Ф_f . Под действием ЭДС Е_f по обмотке якоря и нагрузке генератора протекает ток якоря .

При активной нагрузке, ток в обмотке якоря совпадает по фазе с ЭДС . Векторная диаграмма потоков и ЭДС имеет следующий вид:

Поток реакции якоря Ф_а  направлен перпендикулярно потоку возбуждения - имеет место поперечная реакция якоря. Поперечная реакция якоря приводит к искажению результирующего поля машины. Магнитное поле ослабляется под набегающим краем полюса и усиливается под сбегающим краем полюса. Результирующий магнитный поток машины уменьшается. Это ведет к уменьшению ЭДС.

Максимальное значение тока и потока Ф_а  будет соответствовать максимальной ЭДС Е_f , когда стороны секции обмотки якоря находятся посередине полюса, что соответствует вертикальному расположению ротора.

При индуктивной нагрузке, ток статора отстает от ЭДС по фазе на 90⁰.

Поток реакции якоря направлен вдоль оси полюса ротора противоположно основному потоку . Поток якоря ослабляет поле машины и реакция якоря оказывает продольно-размагничивающее действие.

Когда ток статора достигнет максимума, ротор успеет дополнительно провернуться на 90⁰ относительно оси обмотки якоря.

При емкостной нагрузке, ток статора опережает ЭДС на 90⁰.

Потоки статора и обмотки возбуждения будут совпадать. Магнитное поле машины усиливается, реакция якоря — продольно-намагничивающая.

Ток будет максимальным тогда, когда ротор еще не довернется до вертикального положения на 90⁰.

При смешанной активно-индуктивной нагрузке ( ), ротор успеет повернуться на некоторый угол ψ прежде, чем ток статора достигнет максимума (рис. 6.8). Из векторной диаграммы МДС видно, что вектор МДС реакции якоря отстает от ЭДС на угол  ψ.

Разложим МДС реакции якоря на составляющие по продольной и поперечной осям машины.

;

При активно-индуктивной нагрузке продольная составляющая реакции якоря направлена  встречно, а при активно-емкостной согласно основному магнитному потоку.

10. Параметры обмотки якоря синхронного генератора

Фаза обмотки якоря синхронной машины обладает активным сопротивлением и индуктивным сопротивлением, связанным с полями взаимной индукции и рассеяния от токов в обмотке якоря.

Активное сопротивление R проводников обмотки якоря определяется по электрическим потерям, найденным с учетом вытеснения тока. Активное сопротивление обмотки якоря в крупных машинах очень мало.

Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки якоря X_σ1 связано с полями рассеяния обмотки и индуктивностью рассеяния фазы якоря L_σ1. Произведение индуктивности на угловую частоту изменения магнитного потока определяет величину сопротивления:

X_σ1 = L_σ1=2πfL_σ1.

Индуктивное сопротивление реакции якоря X_a . В ненасыщенной неявнополюсной машине с равномерным зазором δ, сопротивление реакции якоря X_a рассчитывается по индуктивности обмотки L₁₁:

X_a = 2πfL_11.

В явнополюсной машине из-за неравномерности зазора индуктивности обмотки якоря по продольной и поперечной осям L_ad и L_aq неодинаковы.

Индуктивное сопротивление реакции якоря по продольной оси равно:

X_ad = 2π fL_ad.

Индуктивное сопротивление реакции якоря по поперечной оси равно:

X_aq = 2π fL_aq.

Индуктивные сопротивления по осям d и q пропорциональны коэффициентам проводимости по соответствующим осям. Индуктивное сопротивление по поперечной оси всегда меньше индуктивного сопротивления по продольной оси

X_aq<X_ad .

В неявнополюсной машине

X_ad = X_aq = X_a.

Индуктивное сопротивление якоря в неявнополюсной машине X₁ складывается из индуктивного сопротивления рассеяния якоря X_σ и сопротивления реакции якоря X_a:

X₁ = X_σ1 + X_a.

Индуктивные сопротивления якоря по продольной и поперечной осям в явнополюсной машине:

X_d = X_σ1 + X_ad.

X_q = X_σ1 + X_aq.

В неявнополюсной машине:

X_d = X_q = X₁.

Полное сопротивление якоря:

Z₁ = R + jX₁