Реакция якоря в явнополюсной машине.

В такой машине воздушный зазор между статором и ротором не const - он расширяется по направлению к краям полюсов и резко увеличивается в зоне межполюсного пространства. Следовательно, поток якоря зависит не только от значений МДС якоря, но и от положения кривой распределения этой МДС относительно полюсов ротора, т.к. одна и та же МДС якоря в зависимости от ее пространственного положения создает различные магнитные потоки.

В связи с несимметричностью устройства индуктора, а значит с изменением результирующего сопротивления воздушного зазора при различных режимах явнополюсной машины (-различны) при анализе ее работы используют так называемыйметод двух реакций (французский электротехник А. Блондель 1895г).

Метод двух реакций основан на принципе наложения, при котором предполагается, что магнитные потоки, действующие по поперечной оси, не влияют на величину потоков, действующих по продольной оси и наоборот. Это предположение не совсем верно, но учет влияния насыщения очень сложен.

Согласно этому методу, МДС якоря в общем случае представляют в виде суммы двух составляющих продольной -и поперечной, причем

Продольная составляющая МДС создает продольный поток якоря, индуцирующий в обмотке якоря ЭДСE_ad, а поперечная составляющая МДС F_aq - поперечный поток Ф_aq, индуцирующий ЭДС.

Причем помнят, что потоки не оказывают влияния друг на друга. Соответственно ток якоря , создающий МДС, тоже представляют в виде двух составляющих – продольнойи поперечной.

Чтобы учесть уменьшение эффективных значений МДС якоря (или физически уменьшение магнитного сопротивления потока воздушного зазора Ф_в по сравнению с потоками по продольной Ф_ad и поперечной Ф_aq осям машины, вводят коэффициенты реакции якоря по продольной k_ad и поперечной k_aq осям.

Коэффициенты k_ad и k_aq меньше 1. Причем k_aq < k_ad, и коэффициент k_aq можно считать примерно равным 0,5 (0,3÷0,65), а k_ad≈0,85÷0,95.

Значения k_aq и k_ad зависят от геометрии зубцовой зоны, числа пазов на полюс и фазу, полюсного деления и насыщения. С помощью этих коэффициентов осуществляют приведение МДС якоря по продольной и поперечной осям машины.

F_ad^/ = k_ad F_d F_aq^/= k_aq F_q

Для машины с неявно выраженными полюсами МДС якоря приводится к МДС обмотки возбуждения по формуле F_a^/ = k_d F_a.

В машине с явно выраженными полюсами ЭДС при работе генератора под нагрузкой: .

ЭДС ииндуцируемые продольными поперечнымпотоками якоря, представляют собой ЭДС самоиндукции, т.к. потокиисоздаются МДСи, пропорциональными токамии.

Поэтому для ненасыщенной машины можно считать, что , где и- индуктивные сопротивления обмотки якоря, соответствующие полям продольной и поперечной реакции якоря.

Векторные диаграммы синхронного генератора

Для анализа работы синхронного генератора используют векторные диаграммы: для качественного анализа – упрощенные (для машин не насыщенных), для количественного – уточненные диаграммы.

Неявнополюсный генератор

Для цепи якоря неявнополюсного синхронного генератора составляется уравнение:

или ,

где - ЭДС, индуцированная в обмотке якоря потоком рассеяния;

- индуктивное сопротивление, вызванное этим потоком (рассеяния).

Векторная диаграмма неявнополюсной машины (аналогично трансформатору) называется диаграммой Потье, позволяет определить ЭДС холостого хода с учетом насыщения, если заданы напряжение, ток нагрузки (по величине и фазе), характеристика х.х., параметры машины.

1. Строим вектор и под заданным углом к немувекторI_а.

2. строим вектор ЭДС, который индуцируется результирующей МДС F_рез (размер определяем по кривой х.х)

3. Поток (его называют главным потоком машины) создается результирующей МДС, совпадает с ним по фазе и они опережают вектор ЭДС на 90⁰.

Зная и параметры машины, можно найти МДС возбуждения=-k_d, а затем по характеристике холостого хода определить ЭДС холостого хода, который отстает от вектораF_в на 90⁰.

Если требуется перейти от режима х.х. к режиму нагрузки, построения производят в обратном порядке.

Если машина не насыщена, то векторная диаграмма упрощается, т.к. в этом случае можно складывать не , а соответствующие им потоки и ЭДС. Векторную диаграмму строим по тому же уравнению.

Т.к. падение напряжения в активном сопротивлении обмотки якоря невелико, им пренебрегают и, заменяя в выражении, получают

,

где - полное или синхронное индуктивное сопротивление машины.

Упрощенную векторную диаграмму и схему замещения используют при качественном анализе работы синхронные машины.

ψ – угол сдвига фаз между током и ЭДС, определяющийся характером нагрузки

φ – угол сдвига фаз между током и напряжением

θ – угол нагрузки

Но ЭДС по упрощенной диаграмме получается больше, чем по точной, где учитывается насыщение.

Угол θ между векторами иназываютуглом нагрузки.

При работе синхронной машины в генераторном режиме напряжение U всегда отстает от , в этом случае угол θ считается положительным.Чем больше нагрузка генератора (отдаваемая им мощность), тем больше угол θ.

Явнополюсный генератор.

Упрощенную диаграмму явнополюсной машины можно построить по общему уравнению с учетоми оно принимает вид

Для построения векторной диаграммы известны: - ЭДС, которая наводилась бы в машине только МДС обмотки возбуждения; и ток якоря, характеризующийся видом нагрузки.

В.Д.1 Ток якоря , создающий, совпадает с ним по направлению. Поперечная составляющаясоздает поперечный поток, индуцирующий ЭДС. Продольная составляющаясоздает продольный поток якоря, индуцирующий в обмотке якоря ЭДС. И далее по уравнению строим вектор напряжения

Если пренебречь малым значением, то и падение напряжения в активном сопротивлении якоря стремится к нулю, то уравнение **примет вид бези векторная диаграмма тоже упростится.

В.Д.1 В.Д.2

Векторная диаграмма 2 Электродвижущую силу , индуцируемую в обмотке якоря потоком рассеяния, можно представить в виде суммы двух составляющих, ориентированных по осямd-d и q-q: .

где Е_σad = -j I_d x_σa

E_σaq= -jI_q x_σa

=,

где и

Векторная диаграмма по этому уравнению построена выше.