Реакция якоря в неявнополюсном синхронном генераторе. Векторные диаграммы.

Если магнитная цепь машины ненасыщена, то магнитные потоки машины можно складывать непосредственно:

Eсли пренебречь сопротивлением обмотки якоря, то напряжение U и ЭДС E₀ будут совпадать, и тогда угол сдвига ψ = ψ_E – ψ_I между ЭДС E₀ и током I_a равен фазовому сдвигу φ = ψ_U - ψ_I. В действительности в режиме генератора угол ψ немного больше угла φ на некоторый угол нагрузки θ = ψ – φ между ЭДС E₀ и напряжением U.

Рассмотрим зависимость реакции якоря от нагрузки на примере двухполюсного (f = n) трёхфазного СГ:

На рис.1 представлена машина, работающая на холостом ходу (I_a = 0). В обмотке якоря максимальная ЭДС E₀ наводится на оси полюсов.

На рис.2 нагрузка чисто индуктивная (φ = y = 90º), ток отстает от ЭДС на 90º. Ток в фазе А-х достигнет максимума на четверть (1/4 = 90º/360º) периода позднее соответствующего максимума ЭДС Е₀. (Так как f = n, то за четверть периода ротор провернётся на четверть оборота, поэтому ток будет максимальным в той фазе, которая сдвинута в пространстве относительно максимума ЭДС на 90º против направления вращения ротора.) В машине переменного тока фаза, в которой ток в данный момент времени имеет максимальное значение, определяет направление оси магнитного потока, создаваемого всеми фазами обмотки якоря, так как поля других двух фаз компенсируют друг друга. Следовательно, в данный момент времени ось потока якоря Ф_а совпадает с осью фазы А-х и направляется по поперечной оси навстречу потоку возбуждения Ф_в. Таким образом при чисто индуктивной нагрузке реакция якоря действует на машину размагничивающим образом.

Ф_рез = Ф_в – Ф_a

На рис.3 нагрузка чисто ёмкостная y = –90º ток опережает ЭДС на 90º. Таким образом ток в фазе А-х достигнет максимального значения на четверть (1/4 = 90º/360º) периода раньше соответствующего максимума ЭДС Е₀. Таким образом магнитный поток реакции якоря Ф_а и поток возбуждения направлены согласно по поперечной оси. Таким образом при чисто ёмкостной нагрузке реакция якоря действует на машину намагничивающим образом.

Ф_рез = Ф_в + Ф_a

На рис.4. нагрузка чисто активная y = 0 ток якоря I_a совпадает по фазе с напряжением, поэтому в фазе А-х максимум тока совпадает с максимумом ЭДС Е₀. Поток Ф_в направлен по поперечной оси, а Ф_а – по продольной. При чисто активной нагрузке реакция якоря перпендикулярна МДС основного поля.

ЭДС, индуцируемая результирующим полем Ф_рез, определяется как сумма:

E₀ – ЭДС при холостом ходе;

E_a – ЭДС реакции якоря, направление которой определяется нагрузкой.

Напряжение генератора U отличается от ЭДС E падением напряжения в обмотке якоря и ЭДС рассеяния:

E_σa = –jI_ax_σa;

x_с = x_a + x_σa – синхронное сопротивление.

Векторная диаграмма при активно-индуктивной нагрузке (φ > 0)

Векторная диаграмма при активно-ёмкостной нагрузке (φ < 0)

Поле обмотки возбуждения (основное поле) направлено всегда по оси полюсов. Ось полюсов СМ принято называть продольной осью d-d, а ось, перепендикулярную ей, – поперечной q-q.

Исходя из выше сказанного, при чисто активной нагрузке (ψ = 0) реакция якоря направлена по поперечной оси, а при чисто реактивных нагрузках – по продольной.

Когда ψ отличается от выше рассмотренных случаев (ψ ≠ 0º, –90º, 90º), то ток I_a раскладывается на две перпендикулярные составляющие:

I_q создаёт поперечную реакцию, а, следовательно, направлен согласно ЭДС E₀ по продольной оси, I_d создаёт продольную реакцию якоря и направлен по поперечной оси.

Отсюда,