Реакция якоря синхронной машины

Та часть электрической машины, которая индуцирует ЭДС, называется якорем. Поэтому в синхронной машине якорем называется статор машины. Индуктором будем называть ротор синхронной машины. Реакцией якоря называется влияние магнитного потока якоря на поток индуктора.

В синхронном генераторе ток якоря (статора) возбуждает свое магнитное поле, которое зависит от нагрузки. От вида нагрузки зависит сдвиг фаз между током и ЭДС якоря. Нужно иметь в виду, что поток якоря всегда совпадает с направлением тока якоря, ЭДС якоря всегда отстает от потока на 90°, сдвиг фаз между ЭДС и током якоря зависит от вида нагрузки. Поэтому при активной нагрузке ЭДС и ток якоря совпадают по фазе, т. е. поток якоря отстает от потока возбуждения на 90°. В этом случае мы имеем поперечную реакцию якоря. При индуктивной нагрузке ток якоря отстает от ЭДС на 90°. Если ЭДС отстает на 90° от потока возбуждения, то поток якоря направлен навстречу потоку возбуждения. При индуктивной нагрузке в результате реакции якоря ослабевает поток возбуждения. При емкостной нагрузке потоки направлены в одну сторону, т. е. при емкостной нагрузке в результате реакции якоря усиливается поток возбуждения.

Таким образом, реакция якоря может: быть поперечной (активная нагрузка); ослаблять поле (индуктивная нагрузка); усиливать поле (емкостная нагрузка).

Электромагнитный момент и угловая характеристика машины

Мощность, которая передается от индуктора машины к одной фазе якоря, называется электромагнитной мощностью. Как и в тео­рии асинхронных машин, эта мощность

,

где М — электромагнитный момент синхронной машины.

Электромагнитная мощность отличается от активной мощности машины на величину потерь в обмотке якоря. В машинах средней и большой мощности потери в обмотке якоря по сравнению с активной мощностью незначительны, т. е. можно считать, что ,

где Р — активная мощность машины; т — количество фаз в обмотке якоря.

В таком случае можно определить электромагнитный момент синхронной машины .

Если машина работает генератором, то электромагнитный момент противодействует вращению ротора, т. е. является тормозящим.

Поле якоря вращается синхронно с ротором. Но между осями полюсов поля якоря и индуктора есть некоторое угловое смещение. Этот угол называется углом рассогласования, или углом нагрузки.

Можно доказать, что

,

где М_max — амплитуда момента, — угол рассогласования.

Зависимость называют, угловой характеристикой машины. Как правило, это синусоида (рис. 3.10), на которой при — режим двигателя, при — режим генератора. Устойчивый режим работы генератора отвечает углу рассогласования , а для двигателя - .

Рис. 3.10

Характеристики синхронных генераторов

Характеристика нерабочего (холостого) хода уже рассмат­ривалась (рис. 3.10). Она не зависит от реакции якоря, так как строится при отключенной нагрузке. Внешняя характеристика генератора — это зависимость напряжения на нагрузке от тока якоря , когда n = соnst, = соnst. Внешняя характеристика зависит от вида на­грузки (рис. 3.13).

Реакция якоря влияет также и на вид регулировочной харак­теристики (рис. 3.14). Регулировочная характеристика — это зависимость тока возбуждения от тока якоря при постоянном напряжении нагрузке, т. е. при n = const, I_в = const.

Рис. 3.13 Рис. 3.14

U-образная характеристика синхронного генератора. Если внешний момент на валу синхронного генератора не изменяется, то постоянной остается и активная мощность . Следовательно, если изменять ток возбуждения, то при постоянной мощности изменяются ток якоря и т. е. током возбуждения можно регулировать коэффициент мощности. Зависимость тока якоря от тока возбуждения при постоянной актив­ной мощности генератора называется U-образной характеристикой. На рис. 3.15 приведены U-образные характеристики генератора с раз­личной мощностью. Обычно мини­мальный ток устанавливается при .

Рис. 3.15

При отрицательных значениях ток якоря ограничивается областью неустойчивой работы генератора . При положительных значениях ток якоря ограничивается обычно магнитным насыщением сердечника.