Работа синхронного генератора под нагрузкой

Рассмотрим работу трехфазного синхронного генератора в автономном режиме, когда к фазам обмотки подключены равные и однородные сопротивления (симметричная нагрузка). В этом случае по фазам генератора проходят равные токи, сдвинутые во времени относительно друг друга на 120,

Реакция якоря.

Токи в обмотке якоря создают магнитное поле якоря, вращающееся с частотой , равной частоте вращения ротора, следовательно,магнитные потоки якоря и возбуждениявзаимно неподвижны и результирующий поток машиныпри нагрузке создается суммарным действием МДСF_в обмотки возбуждения и МДС F_в обмотки якоря. Но в синхронной машине (в отличие от АМ) МДС обмотки ротора (возбуждения) не зависит от нагрузки, поэтому результирующий поток при работе генератора в рассматриваемом режиме отличает от потока при х.х.

** Воздействие МДС якоря на магнитное поле синхронной машины называют реакцией якоря.

Под действием реакции якоря изменяется результирующий поток в машине, напряжение генератора (работающего в автономном режиме) зависит от значения и характера нагрузки, а также от индивидуальных особенностей машины: значения МДС обмотки возбуждения, свойств магнитной системы и др.

Полезный поток возбуждения Ф меньше магнитного потока полюсов Ф_в из-за наличия магнитного потока рассеяния полюсов Ф_σ. Если в якорной обмотке протекает ток, полезный магнитный поток возникает благодаря действию результирующей векторной суммы МДС возбуждения и якоря.

Ток якоря (статора) создает также поток рассеяния Ф_σ, связанный только с витками обмотки якоря; этот поток наводит в ней ЭДС рассеяния Е_σ. Величина Е_σ равна и противоположна по знаку падению напряжения в индуктивном сопротивлении рассеяния обмотки якоря х_σ, при протекании в ней тока якоря I_а.

Поток реакции якоря, созданный МДС якоря F_а, наводит в якоре ЭДС Е_а. Аналогично, Е_а равна и противоположна по знаку падению напряжения в индуктивном сопротивлении реакции якоря х_а.

В теории СМ ось, проходящую через середину полюсов, называют продольной и обозначают d-d, а ось, проходящую между полюсами, называют поперечной и обозначают q-q. Поле поперечной реакции якоря индуктирует значительную ЭДС в обмотке якоря. Продольная реакция якоря усиливает или ослабляет поток полюсов.

Реакция якоря СМ оказывает значительное влияние на характеристики и поведение СМ как при установившихся, так и при переходных режимах работы.

Реакция якоря в неявнополюсной машине.

В такой машине зазор между статором и ротором по всей окружности остается неизменным, поэтому результирующий Ф_рез и создаваемую им ЭДС Е при любой нагрузке можно определить по характеристике ХХ, исходя из результирующей МДС F_рез . Можно проще: сложить вектора

Угол сдвига фаз между ЭДСи токомв обмотке якоря определятся характером нагрузки, т.е. значениями сопротивленийR_{1 ,} X_L и X_С нагрузки. В зависимости от угла изменяется и реакция якоря синхронной машины.

Активная нагрузка . Ток I_a совпадает по направлению с Е_о.

При поток якоря направлен по поперечной оси машины.

При ток в фазе АХ достигает максимума в момент времени, когда оси полюсовN и S ротора совпадают с осью среднего паза рассматриваемой обмотки.

В машинах переменного тока ось магнитного потока совпадает с осью той фазы, ток в которой максимален, следовательно, в данный момент времени ось потока якоря совпадает с осью фазы АХ, т.е. отстает от оси потока ротора на 90электрических градусов.

Вектор отстает от векторана 90. При этом модуль вектора результирующего потока. Такое воздействие МДС якоря на МДС возбуждения искажает Ф_рез. Магнитное поле машины ослабляется, магнитная система размагничивается.

Индуктивная нагрузка . Ток отстает от ЭДС на 90.

Ток в фазе АХ катушки достигает максимального значения на ¼ периода позднее, чем ЭДС, т.е. после того, как полюсы сдвинутся вправо на половину полюсного деления относительно того положения, при котором ЭДС имеет максимальное значение. При этом поток якоря Ф_а направлен по продольной оси машины против потока возбуждения Ф_в, Ф_рез=Ф_в-Ф_а, что уменьшает и ЭДС якоря.

Здесь ось катушки совпадает с осью полюсов, следовательно, МДС и поле якоря будут продольными. Намагничивающая сила якоря будет ослаблять поле, т.е. действовать размагничивающим образом.

Емкостная нагрузка . Ток опережает ЭДС на 90⁰.

Ток опережает ЭДС на 90⁰. Здесь ток будет иметь максимум на ¼ периода ранее чем ЭДС.

МДС якоря будет продольной, но она совпадать с напряжением потока возбуждения , т.е. она будет усиливать поле машины, т.е. будет действоватьнамагничивающим образом.

Таким образом в общем случае, когда угол сдвига тока относительно ЭДС больше нуля, но меньше 90⁰, ток можно разложить на две составляющие ии рассматривать отдельное действие МДС, создаваемых каждой из этих составляющихи--продольная МДС якоря;- поперечная МДС якоря

Итак: отстающий ток (активно-индуктивная нагрузка) размагничивает машину, а опережающий ток (активно-емкостная нагрузка) - подмагничивает ее.

ЭДС Е при работе генератора под нагрузкой можно рассматривать как сумму двух составляющих: .

ЭДС якоря пропорциональна потоку якоря Ф_а, а при отсутствии насыщения и току в обмотке якоря, поэтому ее можно рассматривать как ЭДСсамоиндукции, индуцированную в обмотке якоря, и представить в виде , где- индуктивное сопротивление СМ, обусловленное потоком якоря.

В этом случае уравнение принимает вид: .