Реакция якоря в неявнополюсной машине

Индуктор машины с неявно выраженными полюсами сходен по конструкции с ротором асинхронной машины и воздушный зазор такой машины имеет постоянную длину. Магнитное сопротивление магнитной цепи машины по всем направлениям одинаково, поэтому можно считать, что магнитный поток всегда пропорционален намагничивающей силе.

В нагруженной машине с вращающимся магнитным полем потокосцепление одной из фазных обмоток, расположенной на статоре, изменяется во времени по синусоидальному закону На рисунке потокосцепление представлено вектором .

Рис. 7.10

ЭДС фазной обмотки пропорциональна производной от потокосцепления, поэтому . На рис. 7.10 ЭДС представлена вектором, который отстает от вектора потокосцепления на .

Если пренебречь магнитным потоком рассеяния статорной обмотки, то при резистивной нагрузке ЭДС и ток фазной обмотки будут совпадать по фазе. Ток фазной обмотки создает свою составляющую магнитного потока машины, который совпадает с током по фазе. Результирующее потокосцепление является суммой двух потокосцеплений: потокосцепления холостого хода и потокосцепления реакции якоря.

,

где - потокосцепление результирующего магнитного потока фазы ; - потокосцепление магнитного потока индуктора; - потокосцепление реакции якоря.

ЭДС фазы А , наведенная потоком реакции якоря, отстает от потокосцепления на 90 °. Вектор ЭДС фазы в режиме холостого хода представлен вектором .

Рис. 7.11

Если генератор нагружен индуктивностью, ток отстает от результирующей ЭДС
на 90 °. Векторная диаграмма ЭДС, тока и потокосцепления будет выглядеть так, как показано
на рис. 7.11. ЭДС реакции якоря противоположна результирующей ЭДС .

Вектор потокосцепления индуктора
и вектор потокосцепления реакции якоря про­тивоположны по направлению и .

Следовательно, при индуктивной нагрузке результирующий магнитный поток меньше магнитного потока индуктора, т. е. индуктивная нагрузка приводит к размагничиванию машины.

Рис. 7.12

В случае емкостной нагрузки ток фазы обмотки опережает результирующую ЭДС на 90 °. Токи статора создают свою составляющую намагничивающей силы и потокосцепления. Векторная диаграмма представлена на рис. 7.12.

Из диаграммы следует, что результирующее потокосцепление больше, чем потокосцепление основного магнитного потока главных полюсов. ЭДС генератора, работающего в режиме холостого хода, меньше, чем ЭДС генератора, нагруженного на конденсатор.

Таким образом, характер нагрузки синхронного генератора оказывает существенное влияние на выходное напряжение.

7.4.3. Реакция якоря в явнополюсной машине.
Теория двух реакций

В машинах с явно выраженными полюсами длина воздушного зазора различна. Она мала под башмаками полюсов и очень большая в межполюсном пространстве. Синусоидальная намагничивающая сила реакции якоря, взаимодействуя с намагничивающей силой индуктора, создает результирующую магнитодвижущую силу. Ось результирующего магнитного поля смещена по отношению оси полюсов. Конфигурация результирующего поля и максимальное значение индукции будет изменяться при изменении угла смещения оси полюсов ротора относительно оси полюсов магнитного поля.

Для изучения влияния реакции якоря можно предположить, что магнитодвижущая сила (МДС) возбуждения и МДС реакции якоря создают в машине независимые потоки, которые в обмотке статора наводят независимые ЭДС.

У машин с явно выраженными полюсами магнитный поток зависит от положения результирующей МДС относительно оси полюсов. Для того чтобы проанализировать это явление, используют теорию двух реакций, примененную Блонделем, которая заключается в следующем.

Намагничивающую силу реакции якоря можно разложить на две следующие составляющие по отношению к осям магнитной цепи машины: продольную составляющую, максимум которой совпадает с осью полюсов, и поперечную составляющую, максимум которой совпадает с серединой пространства между полюсами.

Амплитуда составляющей реакции якоря, проходящей по продольной оси, будет:

и амплитуда поперечной составляющей

,

где – намагничивающая сила, созданная статорной обмоткой;

F _рп – продольная составляющая намагничивающей силы реакции якоря;

F _рт – поперечная составляющая намагничивающей силы реакции якоря;

y – угол фазового сдвига между ЭДС машины, работающей в режиме холостого хода, и током якоря или статора.

Каждая из этих составляющих не меняет свое положение относительно оси полюсов. Поэтому для каждой из них можно найти соответствующие коэффициенты ( для продольной оси и ) для поперечной оси, которые позволят выразить намагничивающую силу реакции якоря в масштабе намагничивающей силы возбуждения. Для машин с неявно выраженными полюсами аналогично находят коэффициент .