Реакция якоря в неявнополюсной машине

Синхронные машинами переменного тока называют машины, в которых частота движения ротора равно частоте тока в статоре. А, следовательно, эта частота определяется частотой питающей сети. В целях производства электричество чаще всего используют синхронные генераторы. А синхронные двигатели отличаются тем, что у них скорость вращения постоянна и не зависит от нагрузки.

Все синхронные машины можно разделить на два вида. Первый из них это синхронные машины, у которых ротор выполнен с неявно выряженными полюсами. Неявно выраженные полюса это когда обмотка ротора равномерно уложена в пазы сердечника. Не имея при этом явно выраженных полюсов. Это, как правило, высоко оборотистые машины.

Синхронные машины с явно выряженными полюсами применяют на низких частотах вращения. Это, как правило, гидрогенераторы. Поскольку ротор вращается под напором столба воды, а создать на реке большой перепад воды достаточно сложно. На роторе явно полюсной машины отчетливо выделяются магнитные полюса, на которые укладывается обмотка возбуждения.

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.

Рис. 1

В нагруженной машине с вращающимся магнитным полем потокосцепление одной из фазных обмоток, расположенной на статоре, изменяется во времени по синусоидальному закону ф _А = ф_ms in(D t На рисунке потокосцепление представлено вектором ф_А .

ЭДС фазной обмотки пропорциональна производной от потокосцепления, поэтому

Е а

= Emcos^t = Emsin(^t — —)

На рис. 1 ЭДС представлена вектором, который отстает от вектора потокосцепления на р

Если пренебречь магнитным потоком рассеяния статорной обмотки, то при резистивной нагрузке ЭДС Еа и ток фазной обмотки 1А будут совпадать по фазе. Ток фазной обмотки создает свою составляющую магнитного потока машины, который совпадает с током по фазе. Результирующее потокосцепление фА является суммой двух потокосцеплений: потокосцепления холостого хода и потокосцепления реакции якоря.

Фа = Фао + Фра

где ф_А - потокосцепление результирующего магнитного потока фазы

A; ФА0 - потокосцепление магнитного потока индуктора; фрА - потокосцепление реакции якоря.

ЭДС фазы А Е_р д , наведенная потоком реакции якоря, отстает от потокосцепления 'ф р _А на 90 ° . Вектор ЭДС фазы A в режиме холостого хода представлен вектором Е_А0 .

Рис. 2

Если генератор нагружен индуктивностью, ток отстает от результирующей ЭДС на 90 ° . Векторная диаграмма ЭДС, тока и потокосцепления будет выглядеть так, как показано на рис.2. ЭДС реакции якоря Е_рА, противоположна результирующей ЭДС Е_А.

Вектор потокосцепления индуктора ^_А0 и вектор потокосцепления реакции якоря ^_рА противоположны по направлению и Е а =Е ао +Е_р а .

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

Рис. 3

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. 3.

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.