Главная | Обратная связь

Реакция якоря в СГ при различных по характеру нагрузках

 

Рассмотрим качественно действие РЯ при различных по характеру нагрузках, при этом определим взаимное направление магнитных потоков Ф₀ и Ф_а и величину Ф_рез по сравнению с величиной Ф₀.

1-й случай.Угол сдвига фаз между и током I_а равен нулю ψ = 0.

Рисунок 7.4 – Реакция якоря СГ при чисто активной нагрузке

Этот случай, если пренебречь внутренним сопротивлением фазы СГ, соответствует чисто активной нагрузке (Z_H=r_H) Для наглядности изобразим упрощенный разрез СГ (рисунок 7.4,а), на котором три фазные обмотки показаны шестью проводниками (А-Х, B-Y, C-Z), а ротор — двухполюсным, считая его вращающимся по часовой стрелке. Ось полюсов ротора (продольную ось) обозначим d — d, а перпендикулярную ей (поперечную ось) q-q.

Положение ротора на рисунке 7.4 соответствует нагрузке СГ с углом ψ = 0, при условии, что в фазе А - Xток имеет амплитудное значение. В этом случае основной магнитный поток Ф₀ направлен по оси d — d (он так направлен вне зависимости от угла ψ), а намагничивающая сила F_a и магнитный поток Ф_а, совпадают с осью катушки фазы А - X(так как в ней ток направлен по поперечной оси q – q). Сказанное иллюстрируется векторной диаграммой (рисунок 7.4,б). На ней основной магнитный поток Ф₀ и создающая его намагничивающая сила F_в направлены по оси d — d, ЭДС Е₀ отстает от потока Ф₀ на 90, ток I совпадает по фазе с Е₀ (ψ = 0), то есть направлены по оси q — q. Намагничивающая сила обмоток статора F_a и создаваемый ею магнитный поток Ф_а, совпадают по фазе с током I (что соблюдается всегда, вне зависимости от значения угла ψ). Так как F_а и Ф_a в рассмотренном случае совпадают с поперечной осью q — q, реакция якоря при ψ= 0 называется поперечной.

На рисунке. 7.4 условно показаны магнитные силовые линии основного потока Ф₀ и потока статора (или потока реакции якоря) Ф_а; они совпадают по направлению на одном краю полюса (сбегающем) и встречно направлены на другом крае (набегающем), т. е. магнитная индукция результирующего поля усиливается под одним краем и ослабляется под другим краем полюса. За счет этого происходит нарушение симметрии распределения индукции результирующего магнитного поля относительно оси полюсов ротора, однако закон распределения индукции вдоль зазора останется синусоидальным с амплитудой B_рeз._m примерно такой же, как и В_от, тоесть можно считать, что при нагрузке с ψ= 0, поперечная реакция якоря практически не изменяет величины Ф_рез, по сравнению с Ф₀, если магнитная цепь СГ не насыщена. При насыщенной магнитной цепи ослабление поля под одним краем полюса больше, чем его увеличение под другим краем, поэтому общее результирующее поле ослабляется.

Отметим также, что на проводники обмотки статора с током I_а в основном магнитном поле с потоком Ф_рез действуют электромагнитные силы, направление которых можно определить по правилу левой руки. При нагрузке СГ с углом ψ= 0 все электромагнитные силы действуют на проводники статора согласно, создавая электромагнитный момент, но так как статор неподвижен, то этот момент стремится затормозить вращение ротора и на преодоление этого момента затрачивается соответствующий момент первичного двигателя.

2-й случай.Угол сдвига фаз между ЭДС и током якоря равен (ток отстает от ЭДС на 90⁰).

Этот случай соответствует чисто индуктивной нагрузке. Как и в 1-м случае ток в фазе А - Xимеет амплитудное значение и направление, как показано на рисунке 7.5(а). При угле максимальная ЭДС такого же направления будет в проводнике обмотки статора, расположенном в пространстве со сдвигом на 90° в сторону вращения ротора. Исходя из этого на рисунке 7.5(а) показано соответствующее положение ротора. Как видно, поток статора Ф_а направлен по продольной оси d — d навстречу потоку Ф₀, т.е. размагничивает машину. Это же отражается и на векторной диаграмме рисунка 7.5,б. Поэтому при угле реакция якоря называется продольно размагничивающей, а результирующий магнитный поток при нагрузке с углом за счет РЯ тем меньше, чем меньше основной магнитный поток при холостом ходе.

Рисунок 7.5 – Реакция якоря СГ при индуктивной нагрузке

При нагрузке СГ с на каждый проводник с током обмотки статора, находящийся в основном магнитном поле, действует электромагнитная сила, но, как видно из рисунка 7.5, под каждым полюсом ротора одна и вторая половины проводников обмотки якоря имеют разные направления тока, поэтому равнодействующая электромагнитных сил равна нулю и электромагнитный момент не создается.

3-й случай. - этот случай теоретически возможен при чисто емкостной нагрузке, однако теперь направление магнитного потока якоря Ф_а совпадает с осью d — d и с направлением магнитного потока Ф₀.

РЯ в этом случае называется продольной намагничивающей, а результирующий магнитный поток оказывается больше, чем основной (рисунок 7.6). Как и в случае в СГ не создается электромагнитного момента.

4-й случай.В реальном режиме работы СГ его нагрузка, как правило, бывает активно-индуктивной, то есть . Теоретически возможна и нагрузка активно-емкостная, то есть .

Рисунок 7.6 – Реакция якоря СГ при емкостной нагрузке

 

Рассматривая характер РЯ при таких смешанных нагрузках с помощью векторных диаграмм (рисунок 7.7), удобно разложить ток и МДС статорной обмотки F_a на две составляющие, одну - по поперечной оси {I_q и F_aq) и вторую –продольной оси (1_d и F_ad)

Рисунок 7.7 – Реакция якоря СГ при смешанной нагрузке

(7.8)

и учитывать РЯ от каждой из этих составляющих или, как принято говорить, с позиций теории двух реакций.

Очевидно, что для активно-индуктивной нагрузке РЯ будет и поперечной, и продольно-размагничивающей, и за счет этого результирующий магнитный поток будет меньше основного. А для нагрузок активно-емкостных РЯ будет и поперечной, и продольно-подмагничивающей, а результирующий магнитный поток - больше основного.

Количественный учет реакции якоря в синхронных машинах составляет очень важную часть их проектирования и построения систем управления и регулирования, так как является обычно главной причиной изменения напряжения при изменении нагрузки.