12.5. Реакція якоря синхронного генератора

Приведемо в рух збуджений ротор, залишивши статорну обмотку роз'єднаною (холостий хід). Поки її струм 1_Я=0, в генераторі існує лиш МРС індуктора, що створює основний магнітний потікФ₀. Цей потік, викликає в якорі появу ЕРСЕ₀, що визначається рівнянням (10.2).

Рис 12.3. Поперечна (а), поздовжньо-розмагнічувальна (б) і поздовжньо-намагнічувальна (в) реакції якоря реакції якоря синхронної машини

Якщо до статора під'єднати навантаження ; в результаті взаємодії МРС якоря і індуктора виникає результуюче магнітне поле (потік), Це результуюче поле відрізняється від основного (при холостому ході) як за величиною, так і за формою. Тому всі параметри, що прямо побічно залежать від магнітного поля (наприклад ЕРС, що виникає в статорі), також переживають зміни. Для поля якоря (статора) на поле полюсів, як і в машин постійного струму, називаєтьсяреакцією якоря.

Розглянемо дію реакції якоря на прикладі трифазного двополюсного генератора. Отримані результати можна розповсюдити на машину в режимі роботи двигуна. Для простоти на рис. 12.3 зобразимо кожну фазу обмотки статора у вигляді одного витка . БуквамиN іS позначимо полярність полюсів ротора: магнітні силові лінії виходять з "північного" полюса і на рисунку не показані.

При активному навантаженні синхронного генератора його струм і ЕРС співпадають за фазою тобто кут між ними. Отже, в момент найбільшого струму у фазіАі виникатиме і найбільша ЕРС. А для цього ротор повинен розміщуватися так, щоб вісь полюсів співпадала з площиною витка, що зображає фазуА(рис. 12.3а).

Напрям струму у фазах А,ВіС легко визначити за правилом правої руки, і вони на рис 12.3а вказані хрестиками і крапками. При таких напрямах струмів у фазах магнітні лінії поля якоря (потік) напрямлений вздовж поперечної магнітної осі. А так як ротор і поле якоря обертаються синхронно, така орієнтація потоку зберігається завжди.

Значить, якщо навантаження активне і кут , то реакція якоря будепоперечною. Така реакція якоря, підмагнічуючи один край полюса і розмагнічуючи інший створює результуюче магнітне поле у повітряному проміжку машин.

При чисто індуктивному навантаженні струм відстає від ЕРС на куті максимум струму у фазіА настає на чверть періоду пізніше, коли ротор повернеться на 90⁰за ходом годинникової стрілки (рис. 12.3б). А струми у фазах статора при цьому збережуть ті ж значення, що і в попередньому випадку (див. рис. 12.1а); тому магнітне поле якоря збереже своє положення в просторі. Як бачимо з рис. 12.3б, поле якоря напрямлене вздовж повздовжньої осі полюсів назустріч основному магнітному потокові. Таким чином, при індуктивному навантаженні, колимає місцеповздовжньо-размагнічуюча реакція якоря, що послаблює потік полюсів.

При чисто ємнісному навантаженні, струм випереджує ЕРС на кут, а максимум струму у фазіА настає в порівнянні з чисто активним навантаженням на чверть періоду раніше, коли ротор ще не дійшов на 90° до положення показаного на рис. 12.3а. Струми у фазах надалі зберігають своє положення, тому магнітне поле якоря займає попереднє положення в просторі. Як бачимо з рис. 12.Зв, при випереджаючому струмі, коли кут, поле якоря також напрямлене вздовж повздовжньої осі плюсів, але його напрям, зпівпадає з напрямом основного магнітного полюсу. Отже, при ємнісному навантаженні має місцеповздовжньо-намагнічуюча реакція якоря, яка посилює потік полюсів.

В загальному випадку струм зсунутий по фазі відносно ЕРС на деякий кутмежах від +90° до -90°. Очевидно, в цьому випадку вектор струму. можна розкласти на дві складові, одна з яких буде співпадати за фазою з вектором, а інша – знаходитись з ним у квадратурі. Таким чином, при змішаному навантаженні одночасно буде мати місце і поперечна і поздовжня реакція якоря.