31. Реакция якоря синхронной машины.

еакция якоря синхронной машины

Под реакцией якоря в синхронных машинах понимают воздействие магнитного поля статора (якоря) на магнитное поле ротора. Реакция якоря оказывает сильное влияние на все электромагнитные процессы в машине. Явление реакции по определению связано с магнитным полем статора, поэтому характер и степень влияния реакции определяется током статора, т.е. нагрузкой машины.

Рассмотрим этот процесс на примере синхронного генератора. Изобразим вращающееся магнитное поле ротора вектором. При вращении оно пересекает неподвижные проводники обмоток статора и наводит в них ЭДС, отстающую от потокана. Ток статорасоздает магнитный поток статора, совпадающий с ним по направлению. В зависимости от характера нагрузки ток статора может иметь фазовый сдвиг по отношению к ЭДСв пределах.

При чисто активной нагрузке (R) токи магнитный потокстатора совпадают по фазе си результирующий магнитный поток машиныоказывается смещенным относительно потока роторана некоторый угол в сторону запаздывания. В результате смещения потока магнитное поле ослабляется под набегающими краями полюсов ротора и усиливается под сбегающими. Несмотря на то, что в результате смещения сбегающие края полюсов подмагничиваются, результирующее поле машины ослабляется, т.к. из-за насыщения полюсов в зоне подмагничивания оно проявляется слабее, чем размагничивание на набегающих краях. В целом при активной нагрузке магнитное поле ослабляется и деформируется.

При чисто индуктивной нагрузке (L) ток статора и магнитный поток отстают от ЭДСна. Поток статораоказывается направленным встречно по отношению к потоку ротораи сильно размагничивает машину. Однако, в отличие от активной нагрузки, искажения поля за счет смещения потока не происходит.

При чисто емкостной нагрузке (C) ток статора и магнитный поток опережают ЭДС наи поле в машине усиливается потоком реакции, направленным согласно с потоком ротора. Искажения поля в этом случае также не происходит, а усиление поля вследствие насыщения оказывается выраженным слабо.

В случае активно-реактивной нагрузки (RLиRC) поток статора оказывается смещенным на угол меньший, чем, в сторону запаздывания или опережения. В этом случае магнитный поток статора, можно разложить на продольнуюи поперечнуюсоставляющие. Продольная составляющая будет оказывать приRLнагрузке размагничивающее действие, а приRCнагрузке – подмагничивающее. Поперечная составляющая будет вызывать деформацию поля, аналогичную деформации при активной нагрузке.

Таким образом реакция якоря в синхронной машине изменяет величину и направление магнитного потока, в отличие от асинхронной машины, у которой . Негативное влияние реакции якоря в синхронных машинах снижают увеличением рабочего зазора.

Магнитный поток вызывает искажение магнитного поля ротора, которое проявляется в статоре в виде ЭДС. Так как потоклинейно связан с током статора, то эту ЭДС можно представить в комплексной форме через некое индуктивное сопротивление в виде.

32. Внешняя характеристика синхронного генератора.

Внешние характеристики. Зависимости напряжения U от тока нагрузки Iа при неизменных токе возбуждения Iв , угле φ и частоте f1 (постоянной частоте вращения ротора п2 ) называют внешними характеристиками генератора. Их можно построить с помощью векторных диаграмм. Допустим, что при номинальной нагрузке Iа ном генератор имеет номинальное напряжение Uном , что достигается путем соответствующего выбора тока возбуждения. При уменьшении тока нагрузки до нуля напряжение генератора становится равным ЭДС холостого хода Е0. Следовательно, векторная диаграмма, построенная при номинальной нагрузке, сразу дает две точки внешней характеристики. Форма внешней характеристики зависит от характера нагрузки, т. е. от угла сдвига фаз φ между Ú и Íа , так как в зависимости от этого изменяется вектор É0 (при заданном значении U = Uном ).

На рис. 6.27 показаны упрощенные векторные диаграммы генератора с неявно выраженными полюсами для активной (а), активно-индуктивной (б) и активноемкостной (в) нагрузок. При активной и активно-индуктивной нагрузках ЭДС Е0 > U; при активно-емкостной нагрузке ЭДС Е0 < U. Таким образом, в первых двух случаях при увеличении нагрузки напряжение генератора уменьшается, в третьем — увеличивается. Это объясняется тем, что при активно-емкостной нагрузке имеется продольная намагничивающая составляющая реакции якоря, а при активной и активно-индуктивной нагрузках — продольная размагничивающая составляющая (при чисто активной нагрузке угол ψ > 0).

Рис. 6.27. Упрощенные векторные диаграммы синхронного неявнополюсного генератора при различных видах нагрузки

Рис.   6.28.   Внешние   характеристики   синхронного   генератора при различных видах нагрузки

На рис. 6.28, а изображены внешние характеристики генератора   при   различных   видах   нагрузки,   полученные   при одинаковом для всех характеристик значении Uном а на рис. 6.28,б - при одинаковом значении U0 = E0 . При U = 0 (короткое замыкание) все характеристики пересекаются в одной точке, соответствующей значению тока Iк .

При переходе от режима холостого хода к режиму номинальной нагрузки изменение напряжения характеризуется величиной (%)        

(6.22)

Δu = [(U0 - Uном )/Uном ]100.

Обычно генераторы работают с cos φ = 0,9 ÷ 0,85 при отстающем токе. В этом случае Δu = 25 ÷ 35 %. Чтобы подключенные к генератору потребители работали при напряжении, близком к номинальному, применяют специальные устройства, стабилизирующие его выходное напряжение U, например быстродействующие регуляторы тока возбуждения. Чем больше Δu, тем более сложным получается регулирующее устройство, а поэтому желательно иметь генераторы с небольшой величиной Δu. Однако для получения небольшого изменения Δu

Рис. 6.29. Регулировочные характеристики синхронного генератора при различных видах нагрузки

необходимо снижать синхронное индуктивное сопротивление Хсн (в неявнополюсных машинах) или соответственно Хd и Xq (в явнополюсных машинах), для чего требуется увеличивать воздушный зазор между ротором и статором. Это, в свою очередь, требует увеличения МДС обмотки возбуждения, т. е. ее размеров, что в конечном итоге делает синхронную машину более дорогой.

В турбогенераторах большой мощности мощность ограничивается именно размерами ротора, на котором размещена обмотка возбуждения. Поэтому в современных турбогенераторах с повышением мощности машины одновременно возрастает и изменение напряжения Δu. В гидрогенераторах (по сравнению с турбогенераторами) воздушный зазор обычно имеет гораздо большую величину, поэтому у них относительно слабее проявляется реакция якоря, т. е. они имеют меньшие синхронные индуктивные сопротивления, выраженные в относительных единицах, что обусловливает и меньшее изменение напряжения Δu.