Реакция якоря

Если к обмотке статора подключить симметричную нагрузку Z_H, то под действием ЭДС в ней и во внешней цепи будут протекать токи 1_А, 1_Ви /_с, которые создадут МДС якоря Е_я и магнитное поле Ф_я, вращающееся с частотой п_{, т.е. синхронно с ротором. Следовательно, магнитные потоки якоря Ф_я и возбуждения Ф_в будут неподвижны один относительно другого, а результирующий магнитный поток Ф_р при нагрузке создается суммарным действием МДС F_B и Е_я.

В установившемся режиме ЭДС в обмотке ротора не создается, МДС этой обмотки определяется только током возбуждения и не зависит от режима работы машины. Однако результирующий магнитный поток машины существенно зависит от характера нагрузки (активная, реактивная или активно-реактивная): система токов и МДС якоря размагничивают или намагничивают машину и при наличии активной нагрузки оказывают тормозящее действие на ротор.

Воздействие МДС якоря на магнитное поле ротора называют реакцией якоря. Так как реакция якоря изменяет результирующий магнитный поток в машине, то напряжение генератора, работающего в автономном режиме, будет зависеть от величины и характера нагрузки Z_H. Рассмотрим подробнее, как проявляется реакция якоря при активной, индуктивной, емкостной и активно-индуктивной нагрузках в машине с явнополюсной конструкцией ротора (р = 1).

Реакция якоря при активной нагрузке. При активной нагрузке R (рис. 8.3) сдвиг фаз (угол ср) между током и питающим ее напряжением равен нулю. Пренебрегая падением напряжения в обмотке якоря, т.е. полагая, что напряжение генератора равно его ЭДС (U~ Е_я), рассмотрим взаимодействие магнитных потоков ротора Ф_в и якоря Ф_я. В момент времени t₀, когда ток нагрузки имеет максимальное значение /,„, ЭДС обмотки якоря также будет иметь максимальное значение (угол ср = 0). Ось магнитного потока Ф_в ротора со-

Рис. 8.3

впадает с плоскостью обмотки рассматриваемой фазы А, а ось магнитного потока якоря Ф_я — с осью обмотки, т.е. с горизонтальной осью.

Очевидно, что под правой стороной северного N и левой южного S полюсов ротора результирующий магнитный поток Ф_р от воздействия потока Ф_я возрастает, а под противоположными сторонами полюсов — уменьшается. Возникает так называемая поперечная составляющая реакции якоря. Ось результирующего магнитного потока Ф_р синхронного генератора поворачивается на угол 0 в сторону, противоположную вращению ротора. Чем больше нагрузка (ток /), тем больше угол 0. Увеличение тока нагрузки (угла 0) сопровождается увеличением нагрузочного момента на валу первичного двигателя, так как магнитные полюсы потоков Ф_в и Ф_я взаимно притягиваются (в генераторе полюсы ротора являются ведущими, «тянущими» за собой полюсы результирующего магнитного поля). Следовательно, активная нагрузка приводит к искажению магнитного потока машины и появлению момента сопротивления на валу ротора.

Реакция якоря при индуктивной нагрузке. При индуктивной нагрузке jX_L (рис. 8.4) сдвиг фаз (угол <р) между током и напряжением равен 90°. Напряжение (ЭДС) опережает по фазе ток на 90°. Если

Рис. 8.4

при t = t₀ ток нагрузки имеет максимальное значение 1_т, то ЭДС якоря равна нулю. В этом случае ось магнитного потока Ф_и ротора совпадает с осью обмотки фазы А, а магнитный поток якоря Ф_я направлен навстречу магнитному потоку Ф_в ротора. Результирующий магнитный поток Ф_р будет меньше магнитного потока Ф_в. Следовательно, индуктивная нагрузка создает размагничивающую составляющую реакции якоря, называемую продольной. При этой нагрузке оси магнитных потоков совпадают (угол 0 = 0), дополнительный момент сопротивления на валу не возникает.

Реакция якоря при емкостной нагрузке. При емкостной нагрузке jX_c (рис. 8.5) сдвиг фаз (угол ср) между током и напряжением равен 90°. Но в этом случае напряжение (ЭДС) отстает по фазе от тока на 90°. При условии, что в момент t₀ ток нагрузки имеет максимальное значение 1_т (ЭДС якоря равна нулю), ось магнитного потока Ф_и ротора совпадает с осью обмотки фазы А, т.е. магнитный поток якоря Ф_я совпадает по направлению с магнитным потоком Ф_и ротора. Результирующий магнитный поток Ф_р равен сумме потоков Ф_в и Ф_я. Следовательно, емкостная нагрузка создает намагничивающую (продольную) составляющую реакции якоря. Результирующий магнитный поток будет больше магнитного потока ротора.

Рис. 8.5

Реакция якоря при активно-индуктивной нагрузке. Выводы, полученные на основании анализа рассмотренных трех видов нагрузки, можно распространить и на общий случай смешанной нагрузки. Так, при активно-индуктивной нагрузке (рис. 8.6) реакция якоря имеет две составляющие — продольную (создающую момент сопротивления на валу ротора) и поперечную (размагничивающую машину).

Рис. 8.6