Реакция якоря синхронной машины

В машине, работающей под нагрузкой, магнитное поле создается в отли­чие от холостого хода не только в роторе, но и МДС (магнитодвижущая сила) токов статора. Эти МДС, вращаясь с одной и той же синхронной частотой, взаимодействуют между собой и образуют результирующее вращающееся магнитное поле машины. Воз­действие МДС статора на магнитное поле машины называется реакцией якоря.

Рассмотрим реакцию якоря на примере двухполюсного синхронного генера­тора с явновыраженными полюсами. На рис. 11.21 каждая фаза обмотки изображена в виде одного витка (А – Х, В – Y, С – Z), северный полюс ротора обозначен буквой N, южный – буквой S, магнитные линии этого поля не пока­заны.

а) б) в)

Рис. 11.21

Рис. 11.21 а поясняет реакцию якоря при активной нагрузке, когда угол сдвига по фазе между ЭДС и током равен нулю. В этом положе­нии ЭДС и ток фазы А максимальны, а в фазах В и С равны половине от макси­мальных значений и противоположны по знаку (направление токов в верхней половине обмотки статора показано крестиками, в нижней – точками). Этим на­правлениям токов соответствует магнитное поле реакции якоря, основные ли­нии которого направлены поперек оси полюсов ротора. Они размагничивают набегающий край полюса и намагничивают сбегающий. При этом результи­рующий магнитный поток генератора поворачивается относи­тельно потока ротора на некоторый угол в направлении, противополож­ном направлению вращения ротора. Следовательно, при активной на­грузке ( = 0) реакция якоря синхронной машины является чисто поперечной.

Рис. 11.21 б соответствует фазовому сдвигу = 90°. В этом случае макси­мум тока в фазе А наступает в момент, когда ротор повернется на 90° по часовой стрелке. Ориентация потока реакция якоря осталась такой же, как на рис. 11.21 а, но теперь этот поток направлен навстречу потоку ротора по его продольной оси, т.е. при отстающем токе и = 90° реакция якоря действует по продольной оси и является по отношению к полю возбуждения размагничивающей.

Рис. 11.21 в соответствует опережающему току относительно ЭДС на угол = –90°. В этом случае максимум тока в фазе А наступает по сравнению с рис. 11.21 а на четверть периода раньше, когда ротор занимает по­ложение, повернутое на 90° против вращения, т.е. при опережающем токе и –90° реакция якоря действует по продольной оси и является по отношению к полю возбуждения намагничивающей.

В общем случае, когда 0 и 90°, ток можно разложить на составляющие:

по продольной оси ; (11.50)

по поперечной оси . (11.51)

Продольная составляющая тока якоря создает продольную реакцию якоря, а поперечная – поперечную реакцию якоря. Угол считается положитель­ным, когда ток отстает от ЭДС .

При работе синхронной машины в режиме двигателя ток в статоре имеет противоположное направление по сравнению с режимом генератора. Поэтому при = 0 ось результирующего потока оказывается повернутой относительно потока ротора на угол по направлению вращения ротора. При реакция якоря является продольной и намагничивающей, а при – продольной и размагничивающей.

Сравнение реакции якоря явнополюсных и неявнополюсных машин показы­вает, что принципиально они отличаются тем, что у неявнополюсных машин воз­душный зазор почти одинаковый вдоль продольной и поперечной осей ротора. По­этому и потоки реакции якоря по осям при одинаковых токах статора практически равны. У явнополюсных машин воздушный зазор вдоль поперечной оси во много раз больше, чем вдоль продольной оси. Поэтому при равных составляющих МДС якоря вдоль продольной и поперечной осей магнитный поток реакции якоря вдоль поперечной оси значительно меньше и составляет, примерно, 60 % от потока вдоль продольной оси.