§ 6.5. Реакция якоря синхронной машины

При работе синхронного генератора в режиме холостого хода ток в обмотке статора отсутствует, поэтому в машине действует только магнитный поток возбуждения (рис. 6.7,а).

При подключении - нагрузки в обмотке статора появится ток, который создаст магнитный поток . Этот поток будет взаимодействовать с магнитным потоком возбуждения, создавая результирующий магнитный поток синхронной машины. Воздействие магнитного потока якоря (статора)на магнитный поток возбужденияназывается реакцией якоря.

Магнитные линии поля, создаваемого полюсами, показаны на рисункё сплошными, а магнитные линии поля статора — штриховыми линиями. Это поле можно разделить на две части. Магнитные линии одной части поля статора охватывают проводники обмотки, замыкаясь в сердечнике статора и воздушном зазоре. На основное магнитное поле машины эта часть магнитного потока статора никакого влияния не оказывает и называется потоком рассеяния статора .

Поток рассеяния статора наводит в его обмотке э. д. с. , сдвинутую по фазе относительно тока на 90°. Величина является индуктивным сопротивлением обмотки статора.

Э. д. с. самоиндукции, наводимая потоком рассеяния, уравновешивается реактивным падением напряжения в обмотке статора;

.

Магнитные линии второй части потока статора замыкаются в сердечнике ротора и образуют магнитный поток якоря (статора) . Этот поток взаимодействует с магнитным потоком возбуждения и вызывает рёакцию якоря.

Реакция якоря в синхронных машинах во многом схожа с реакцией якоря в машинах постоянного тока (см. § 3.2). Однако, если в машинах постоянного тока реакция якоря зависит исключительно от величины нагрузки, то в синхронных машинах она зависит еще и от характера нагрузки, т. е. от угла сдвига фаз между э. д. с. и током в обмотке статора.

При активной нагрузке ток совпадает по фазе с э. д. с., а при индуктивной и емкостной нагрузках угол сдвига фаз между э. д. с. и током равен ±90°.

На рис. 6.7, а дано схематическое изображение синхронной машины с неявнополюсным ротором. Для простоты обмотка статора представлена в виде эквивалентной катушки одной фазы. В данном положении катушки относительно полюсов наводимая в ней имеет наибольшую величину, так как поток полюсов, пронизывающий катушку, в этот момент проходит через нулевое значение.

При чисто активной нагрузке () ток в фазе достигает своего наибольшего значения одновременно с э. д. с. Создаваемое этим током магнитное поле является поперечным и действует так же, как и в машинах постоянного тока, ослабляя основное поле под набегающим краем полюса и усиливая его под сбегающим краем. В результате ось результирующего поля под действием м. д. с. реакции якоря у синхронных генераторов несколько смещается против направления вращения ротора.

При чисто индуктивной нагрузке между током и э. д. с. существует сдвиг фаз на +90° и ток I достигает своего амплитудного значения лишь через периода после э. д. с.. При этом ось ротора повернется за то же время на 90° по направлению его вращения (рис. 6.7, б). В этом случае ось поля статора уже направлена навстречу оси поля полюсов, и реакция якоря имеет продольно-размагничивающий характер.

Емкостная нагрузка создает между током и э. д. с. сдвиг фаз на —90°, и действие реакции якоря синхронного генератора в этом случае будет противоположным действию рёакции якоря при чисто индуктивной нагрузке, т. е. будет иметь продольно-намагничивающий характер (рис. 6.7, в).

Обычно синхронные генераторы работают со смешанной активно-индуктивной нагрузкой и имеют угол меньше 90°. Создаваемое проводниками обмотки статора магнитное поле реакции якоря будет сдвинуто на определенный угол, равный углу сдвига фаз междуэ. д. с. и током в статоре. Ось потока реакции образует с осью основного поля угол . Ток в статоре может быть разложен на две составляющие: активную и реактивную. Первая составляющая создает поперечную м. д. с. реакции якоря, вторая — продольную м. д. с. реакции якоря , действующую при индуктивной нагрузке в направлении, обратном действию м. д. с. основного магнитного потока . Таким образом, в синхронном генераторе при отстающем токе реакция якоря имеет размагничивающий, а при опережающем токе — намагничивающий характер.

Разберем случай, когда ток генератора I отстает по фазе от э. д. с. на угол <90°. На диаграмме (рис. 6.8) векторОА обозначает м. д. с. полюсов или в соответствующем масштабе — основной

магнитный поток Ф. Вектор Оа — м. д. с. продольной реакции — направлен в противоположную сторону относительно вектора ОА (м. д. с. полюсов ). В этом случае вектор Ос, обозначающий м. д. с. реакции якоря , будет сдвинут относительно

вектора на угол .

Если ток I опережает по фазе э. д. с. на угол <90°,то вектор продольной м. д. с. реакции якоря будет направлен в ту же сторону, что и вектор ОА (м. д. с. полюсов ). Тогда м. д. с. ре-

акции якоря изобразится вектором Ос'.

Таким образом, когда ток I генератора отстает по фазе от э. д. с. , то продольная м. д. с. реакции якоря размагничивает машину, а когда ток I опережает по фазе э. д. с. , то продольная

м. д. с. намагничивает ее.