Векторная диаграмма неявнополюсной синхронной машины при RC и RL

Векторную диаграмму синхронного неявнополюсного генератора строят на основании уравнения(1)

Ủ1=∑E – I1r1=E_o+E_c.

при этом вектор E_o откладывают под углом ψ₁ к вектору тока I₁ рисунок (в)

Следует отметить , что построенные векторные диаграммы не учитывают векторные насыщения магнитной цепи, поэтому отражают лишь качественную сторону явлений. Но тем не менее эти диаграммы дают возможность сделать следующие выводы: основным фактором влияющим на изменение напряжения нагруженного генератора, является продольная составляющая магнитного потока якоря, создающая ЭДС Е_ad; при работе генератора на активно индуктивную нагрузку т.е. с током I₁, отстающим по фазе от ЭДС E_o, напряжение на выводах обмотки статора Ủ1 с увеличением нагрузки уменьшается, что объяснятся размагничивающим влиянием реакции якоря. При работе генератора на активно – ёмкостную нагрузку ( с током I₁ опережающим по фазе ЭДС, E_o) напряжение Ủ₁ с увеличением нагрузки повышается, что объясняется подманичивающим влиянием реакции якоря. Рисунок (г)

40-43. Теорема Блонделя. Продольное намагничивающее и размагничивающее поле реакции якоря синхронной машины.

При нагрузке обмотки якоря синхронной машины током она создает собственное магнитное поле, которое называется полем реакции якоря.

В нормальных машинах постоянного тока, с установкой щеток на геометрической нейтрали, поле реакции якоря является попе­речным, т. е. действует поперек оси главных полюсов. Поэтому оно не индуктирует ЭДС в обмотке якоря и оказывает относительно слабое влияние на величину потока в воздушном зазоре и на ха­рактеристики машины. В отличие от машин постоянного тока в синхронной машине влияние реакции якоря на величину магнит­ного потока весьма значительно. Это обусловлено прежде всего тем, что в синхронной машине в общем случае возникает также значи­тельная продольная реакция якоря усиливающая или ослабляющая поток полюсов. Кроме того, поле поперечной реакции якоря син­хронной машины также индуктирует значительную ЭДС в обмотке якоря.

Поэтому реакция якоря синхронной машины оказывает весьма значительное влияние на характеристики и поведение синхрон­ной машины как при установившихся, так и при переходных режимах работы.

Метод двух реакций основан на принципе наложения, при котором предполагается, что магнитные потоки, действующие по поперечной оси, не влияют на величину потоков, действующих по продольной оси, и наоборот.

Продольная и поперечная реакция якоря. Рассмотрим действие реакции якоря многофазной синхронной машины при установив­шейся симметричной нагрузке (рисунок 3.3). Для наглядности будем иметь в виду двухполюсную машину и предположим, что она ра­ботает в режиме генератора. Получаемые результаты нетрудно рас­пространить также на двигательный режим работы. Ради простоты и наглядности на рисунке 3.3 каждая фаза обмотки изображена в виде одного витка с полным шагом (А — X, В — У, С — Z), буквами N, S указана полярность поля возбуждения, а магнитные линии этого поля не показаны.

Рисунок 3.3 Поперечная (а), продольная размагничивающая (б) и  

продольная намагничивающая (в) реакция якоря синхронной машины

Сначала рассмотрим случай, когда угол сдвига фаз f между током якоря İ и э. д. с. Ė, индуктируемой в обмотке якоря током или полем возбуждения, равен нулю (рис. 32-9, а). Ротор вращается с электрической угловой скоростью

и при положении ротора, изображенном на рисунке 3.3,а, ЭДС фазы А максимальна. Так как угол f= 0, то ток этой фазы также максимален и

Направления ЭДС нетрудно установить по правилу правой руки, и они указаны на рисунке 3.3, а крестиками и точками. Направления токов i_a, i_b, i_c зависит от характера нагрузки и в данном случае совпадают с направлением  ЭДС При этих направлениях токов магнитные линии поля реакции якоря в полюсах и теле якоря направлены, как показано на рисунке 3.3, а, поперек оси полюсов d. Следовательно, поток реакции якоря Ф_а действует по поперечной оси. Такой характер поля реакции якоря при f=0 сохраняется при любом положении вращающегося ро­тора, так как ротор и поле реакции якоря вращаются синхронно.

Следовательно, при f=0  реакция якоря синхронной машины является чисто поперечной.

Поперечная реакция якоря вызывает искажение кривой поля в воздушном зазоре, как и в машинах постоянного тока, но в син­хронной машине действие ее не ограничивается этим, так как вра­щающееся поле поперечной реакции якоря индуктирует также ЭДС в обмотке якоря. Величина этой ЭДС определяется ниже.

Если ток İ отстает от э. д. с. Ė на f= 90°, то максимум тока в фазе А наступает по сравне­нию со случаем на рис. 32-9,а на четверть периода позднее, когда ротор повернется на 90° по часовой стрелке (рис. 32-9, б). Токи фаз на рисунке 3.3, б имеют такие же значения, как и на рисунке 3.3, а, вследствие чего и ориентация магнитного пото­ка якоря в пространстве является такой же.

Как видно из рисунка 3.3, б, при отстающем токе и f=90° реакция якоря действует по продольной оси и является по отношению к полю возбуждения чисто размагничивающей (продольная размагничивающая реакция якоря).

Если ток İ опережает ЭДС Ė на f=-90°, то максимум тока в фазе А наступает по сравнению со случаем на рисунке 3.3, а на чет­верть периода раньше и в этот момент времени ротор занимает по сравнению с рисунком 3.3, а положение, повернутое на 90° против направления вращения (рисунок 3.3, в). Токи фаз на рисунке 3.3, б имеют такие же значения, как и на рисунке 3.3, а.

Из рисунка 3.3, в видно, что при опережающем токе и f=-90°, реакция якоря также действует по продольной оси, но является по отношению к полю возбуждения чисто намагничивающей, т.е. она увеличивает поток по продольной оси машины (продольная намагничивающая реакция якоря).

Как следует из рисунка 3.3,а ток İ совпадающий по фазе с ЭДС Ė, создает поперечную реакцию якоря, а ток İ, сдвинутый относи­тельно Ė на f=90°, создает продольную реакцию якоря.

I_d=I sinf; I_d= I cosf. (3.1)

Поэтому в общем случае, когда f¹ 0° и f¹ 90°, ток İ можно разложить на две составляющие (рисунок 3.4):  первая из которых называется продольной состав­ляющей тока или продольным током якоря и создает продольную реакцию якоря, а вторая называется поперечной составляющей тока или попе­речным током якоря и создает поперечную реакцию якоря. Угол f считается положительным, когда İ отстает от  Ė.

Магнитные поля и ЭДС продольной и поперечной реакции якоря. Рассмотрим основные гармоники м.д.с якоря при симметрич­ной нагрузке

Продольный ток I_d создает продольную м.д.с якоря с амплитудой

а поперечный ток I_q создает поперечную м.д.с якоря с амплитудой

Н. с. F_ad и F_aq можно также рассматривать как составляющие полной н. с. якоря

по осям dиq, причем

Магнитодвижущие силы реакции якоря по продольной F_d и поперечной F_q осям создают в магнитопроводе синхронной ма­шины магнитные потоки реакции якоря. Основные гармоники этих потоков: по продольной оси Ф_d и по поперечной оси Ф_q.

В неявнополюсной машине воздушный зазор по периметру расточки статора равномерен, а поэтому магнитные сопротивления по продольной и поперечной осям равны.

Магнитные потоки реакции якоря, сцепляясь с обмоткой ста­тора, наводят в этой обмотке ЭДС реакции якоря:

по продольной оси Ė_d=-jİ_dx_ad и по поперечной оси Ė_q=-jĖ_qx_aq.

Здесь и x_aq — индуктивные сопротивления реакции якоря явнополюсной машины по продольной оси и по поперечной оси.

x_d =x_ad+x_s, x_aq= x_aq +x_s - синхронные индуктивные сопротивления явнополюсной машины по продольной оси и по поперечной оси.