3.3. Магнитное поле и параметры обмотки якоря

При наличии тока в обмотке якоря синхронной машины возникает магнитное поле, действие которого на магнитное поле обмотки возбуждения называется реакцией якоря.

Индуктор (ротор) явнополюсной машины имеет магнитную несимметрию вследствие большого магнитного сопротивления междуполюсного промежутка (поперечная ось ). Кроме того, ротор синхронной машины (как явнополюсной, так и неявнополюсной) имеет и электрическую несимметрию, т.к. ось обмотки возбуждения каждого полюса расположена только по продольной оси .

Ввиду наличия магнитной несимметрии у явнополюсного индуктора возникает необходимость рассматривать действие реакции якоря по продольной и поперечной осям в отдельности. Метод такого рассмотрения называется методом, или теорией, двух реакций. При этом предполагается, что магнитные потоки, действующие по поперечной оси, не влияют на значение потоков, действующих по продольной оси, и наоборот.

3.3.1. Продольная и поперечная реакции якоря

Рассмотрим действие реакции якоря синхронного генератора при установившейся симметричной нагрузке (рис. 3.5 - 3.7). Обмотка якоря изображена в виде упрощенной трехфазной обмотки, как при рассмотрении вращающегося магнитного поля асинхронной машины. Каждая фаза представляет собой виток с полным шагом (A - X, B - Y, C - Z).

Полярность поля обмотки возбуждения обозначена буквами N, S, а силовые линии этого поля не изображены.

Синхронные генераторы обычно работают на смешанную нагрузку (активно-индуктивную или активно-емкостную). Для выяснения влияния реакции якоря на работу синхронного генератора рассмотрим случаи его работы при нагрузках предельного характера: активного, индуктивного, емкостного.

Рис. 3.5 Рис. 3.6

Активная нагрузка. Для положения, которое занимает вращающийся ротор, ЭДС фазы А максимальна. Так как угол то ток фазы А также максимален а в остальных фазах (рис. 3.5).

Направления ЭДС и токов нетрудно установить по правилу правой руки и обозначить крестиками и точками. При этих направлениях токов ось магнитного поля реакции якоря направлена по поперечной оси . Направление оси поля реакции якоря для угла сохраняется для любого положения вращающегося ротора, т.к. ротор и поле реакции якоря вращаются синхронно.

Индуктивная нагрузка. В случае индуктивной нагрузки угол между ЭДС обмотки якоря и током равен (рис. 3.6).

Это означает, что максимум тока в фазе А наступит по сравнению с предыдущим случаем на четверть периода позднее, когда ротор повернется на по часовой стрелке. При отстающем токе реакция якоря действует по продольной оси и по отношению к полю обмотки возбуждения является размагничивающей (продольная размагничивающая реакция якоря).

Рис.3.7

Емкостная нагрузка. В случае емкостной нагрузки угол сдвига между ЭДС обмотки якоря и током равен (рис. 3.7). Это означает, что максимум тока в фазе A наступит по сравнению со случаем рис. 3.5 на четверть периода раньше. При опережающем токе реакция якоря действует по продольной оси и по отношению к полю обмотки возбуждения является намагничивающей (продольная намагничивающая реакция якоря).

При смешанной нагрузке, когда и , ток можно разложить на две составляющие (рис. 3.8) где - продольная и поперечная составляющие тока фазы обмотки якоря.

Рис. 3.8