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 d и q, 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.

Дата добавления: 2015-07-15