Магнітне поле синхронного генератора при холостому ході і при навантаженні. Реакція якоря

Якщо синхронний генератор працює в режимі холостого ходу, то струм в обмотці статора відсутній і в генераторі діє лише одна МРС, що створюється струмом обмотки збудження (ротора) F_з. Ця МРС створює в магнітній системі генератора магнітний потік збудження, напрямлений по вісі полюсів ротора і що обертається разом з ротором з частотою n₁.

При підключенні навантаження Z_н в кожній обмотці статора виникає змінний струм І₁, який створює МРС якоря (статора) F_а. Якщо генератор трифазний, то система струмів І₁створює магнітне поле статора Ф_а, що обертається в сторону ротора з синхронною частотою n₁.

Таким чином, при роботі синхронного генератора в режимі навантаження в ньому діють дві МРС, які створюють відповідно два магнітних поля: збудження і якоря (статора).

Дія поля якоря на магнітне поле машини називається реакцією якоря. Вплив реакції якоря на робочі властивості синхронної машини залежить не тільки від величини струму навантаження І₁, як це мало місце в машинах постійного струму, але і від характеру навантаження, тобто від кута зсуву між ЕРС машини і струмом статора.

Для вияснення впливу реакції якоря розглянемо рис.5.5.

На рис.5.5,а зображений синхронний генератор з явно вираженими полюсами при чисто активному навантаженні. На статорі генератора розташована багатофазна обмотка. При обертанні ротора максимальна ЕРС Е_1max наводиться в провідниках, що знаходяться в розглянутий момент часу під серединою полюсів ротора.

Рис. 5.5. Реакція якоря синхронного генератора

Так як струм в цьому випадку співпадає з по фазі, то максимум струму І_1max буде мати місце в тих же провідниках обмотки статора. МРС обмотки статора завжди напрямлена по вісі тієї фази, в якій в даний момент часу струм максимальний. Це значить, що МРС обмотки статора буде напрямлена перпендикулярно вісі полюсів ротора, а тому, перпендикулярно МРС збудження . Так саме буде напрямлений і потік реакції якоря. Таким чином, при чисто активному навантаженні реакції якоря (статора) поперечна — потік напрямлений по вісі q-q. Поперечна реакція якоря синхронного генератора викликає спотворення магнітного потоку і чинить такий же вплив на головне поле машини, як і реакція якоря в генераторі постійного струму: послаблює головне поле під набігаючим краєм полюса і підсилює його під збігаючим краєм. Деяке зменшення результуючого магнітного потоку в порівнянні з потоком збудження викликається насиченням магнітної системи генератора.

При чисто індуктивному навантаженні (рис.5.5, б) струм відстає по фазі від на чверть періоду (90⁰). Це значить, що максимум струму І_1max буде не в тих провідниках, в яких в даний момент часу ЕРС максимальна, а в провідниках, в яких максимум Е₁ був на 1/4 періоду раніше. МРС статорної обмотки в цьому випадку буде напрямлена не по поперечній (q-q), а по повздовжній вісі машини (d-d), що співпадає з віссю полюсів. Причому МРС напрямлена назустріч МРС і чинить на магнітне поле машини розмагнічуючу дію. Таким чином, при чисто індуктивному навантаженні реакція якоря (статора) повздовжня розмагнічуюча.

При чисто ємнісному навантаженні (рис. 5.5, в) струм якоря випереджає по фазі на 90⁰. Це значить, що максимум струму І_1max буде не в тих провідниках, в яких в даний момент ЕРС максимальна Е_1max, а в провідниках, в яких максимум ЕРС буде через 1/4 періоду (при повороті ротора на 90⁰). МРС обмотки статора в цьому випадку буде напрямлена по повздовжній вісі в той же бік, що і МРС обмотки збудження . Таким чином, при чисто ємнісному навантаженні реакція якоря повздовжня намагнічуюча.

На практиці розглянуті випадки навантажень обмеженого характеру (чисто активного, індуктивного і ємнісного) практично ніколи не зустрічаються. Генератор має змішане, частіше всього активно-індуктивне, рідше активно-ємнісне навантаження.

На рис.5.5,г розглянуто випадок активно-індуктивного навантаження. Струм відстає по фазі від ЕРС на кут Y₁<90⁰. При такому навантаженні МРС обмотки статора буде напрямлена під кутом до вісі полюсів. При цьому її можна розкласти на повздовжню і поперечну складові:

Повздовжня складова МРС обмотки якоря напрямлена назустріч МРС полюсів , тобто розмагнічує машину. Якщо машина насичена, то створюючи магніторушійними силами потоки прямо пропорційні відповідним МРС, і всі роздуми про МРС справедливі і для потоків.

Таким чином, можна вважати, що в працюючому в режимі навантаження насиченому синхронному генераторі існує два магнітних потоки: потік збудження Ф_з і потік якоря Ф_а, який може бути розкладений на потоки якоря по повздовжній Ф_ad і поперечній Ф_aq вісям. Крім цих головних магнітних потоків в машині при навантаженні є ще потоки розсіювання: обмотки збудження Ф_sз і обмотки якоря (статора) Ф_sа. Вказані потоки зчіплюються тільки з обмотками, якими вони створюються, і прямо пропорційні струмам цих обмоток.

Васюра А.С. – книга “Електромашинні елементи та пристрої систем управління і автоматики” частина 2