Реакция якоря синхронной машины

⇐ ПредыдущаяСтр 51 из 85Следующая ⇒

В процессе работы нагруженного синхронного генератора в нем одновременно действуют МДС возбуждения F_в0 [см. (20.1)] и статора (якоря) F₁ [см. (9.15)], при этом МДС статора (якоря) воздействует на МДС возбуждения, усиливая или ослабляя поле возбуждения или же искажая его форму. Воздействие МДС обмотки статора (якоря) на МДС обмотки возбуждения называется реакцией якоря. Реакция якоря оказывает влияние на рабочие свойства синхронной машины, так как изменение магнитного поля в машине сопровождается изменением ЭДС, наведенной в обмотке статора, а следовательно, изменением и рада других величин, связанных с этой ЭДС. Влияние реакции якоря на работу синхронной машины зависит от значения и характера нагрузки.

Синхронные генераторы, как правило, работают на смешанную нагрузку (активно-индуктивную или активно-емкостную). Но для выяснения вопроса о влиянии реакции якоря на работу синхронной машины целесообразно рассмотреть случаи работы генератора при нагрузках предельного характера, а именно: активной, индуктивной и емкостной. Воспользуемся для этого векторными диаграммами МДС. При построении этих диаграмм следует иметь в виду, что вектор ЭДС , индуцируемой магнитным потоком возбуждения в обмотке статора, отстает по фазе от вектора этого потока (а следовательно, и вектора МДС ) на 90°. Что же касается вектора тока в обмотке статора I₁, то он может занимать по

отношению к вектору различные положения, определяемые углом , в зависимости от вида нагрузки.

Активная нагрузка ( = 0). На рис. 20.5, а представлены статор и ротор двухполюсного генератора. На статоре показана часть фазной обмотки. Ротор явнополюсный, вращается против движения часовой стрелки. В рассматриваемый момент времени ротор занимает вертикальное положение, что соответствует максимуму ЭДС в фазной обмотке. Так как ток при активной нагрузке совпадает по фазе с ЭДС, то указанное положение ротора соответствует также и максимуму тока. Изобразив линии магнитной индукции поля возбуждения (ротора) и линии магнитной индукции поля обмотки статора, видим, что МДС статора направлена перпендикулярно МДС возбуждения . Этот вывод также подтверждается векторной диаграммой, построенной для этого же случая. Порядок построения этой диаграммы следующий: в соответствии с пространственным положением ротора генератора проводим вектор МДС возбуждения ; под углом 90° к этому вектору в сторону отставания проводим вектор ЭДС , наведенной магнитным полем возбуждения в обмотке статора; при подключении чисто активной нагрузки ток в обмотке статора ,

Рис. 20.5. Реакция якоря синхронного генератора при

активной (а), индуктивной (б) и емкостной (в) нагрузках

совпадает по фазе с ЭДС , а поэтому вектор МДС , создаваемый этим током, сдвинут в пространстве относительно вектора на 90°.

Такое воздействие МДС статора (якоря) на МДС возбуждения вызовет искажения результирующего поля машины: магнитное поле машины ослабляется под набегающим краем полюса и усиливается под сбегающим краем полюса (рис. 20.6). Вследствие насыщения магнитной цепи результирующее магнитное поле машины несколько ослабляется. Объясняется это тем, что размагничивание набегающих краев полюсных наконечников и находящихся над ними участков зубцового слоя статора происходит беспрепятственно, а подмагничивание сбегающих краев полюсных наконечников и находящихся над ними участков зубцового слоя статора ограничивается магнитным насыщением этих элементов магнитной цепи. В итоге результирующий магнитный поток машины ослабляется, т. е. магнитная система несколько размагничивается. Это ведет к уменьшению ЭДС машины Е₁.

Индуктивная нагрузка ( = 90°). При чисто индуктивной нагрузке генератора ток статора отстает по фазе от ЭДС на 90°. Поэтому он достигает максимального значения лишь после поворота ротора вперед на 90° относительно его положения, соответствующего максимуму ЭДС (см. рис. 20.5, 6). При этом МДС действует вдоль оси полюсов ротора встречно МДС возбуждения . В этом мы также убеждаемся, построив векторную диаграмму.

Такое действие МДС статора F₁ ослабляет поле машины. Следовательно, реакция якоря в синхронном генераторе при чисто индуктивной нагрузке оказывает продольно-размагничивающее действие.

В отличие от реакции якоря при активной нагрузке в рассматриваемом случае магнитное поле не искажается.

Емкостная нагрузка ( ψ = - 90 ° ). Так как ток , при емкостной нагрузке опережает по фазе ЭДС на 90°, то своего большего значения он достигает раньше, чем ЭДС, т. е. когда ротор займет положение, показанное на рис. 20.5, в. Магнитодвижущая сила статора так же, как и в предыдущем случае, действует по оси полюсов, но теперь уже согласно с МДС возбуждения .

При этом происходит усиление магнитного поля возбуждения. Таким образом, при чисто емкостной нагрузке синхронного генератора реакция якоря оказывает продольно-намагничивающее действие. Магнитное поле при этом не искажается.

Смешанная нагрузка. При смешанной нагрузке синхронного генератора ток статора сдвинут по фазе относительно ЭДС на угол ψ ₁, значения которого находятся в пределах 0 < ψ ₁ < ± 90°. Для выяснения вопроса о влиянии реакции якоря при смешанной нагрузке воспользуемся диаграммами МДС, представленными на рис. 20.7.

Рис. 20.6. Магнитное поле синхронного генератора при активной нагрузке

Рис. 20.7. Реакция якоря при смешанной нагрузке

При активно-индуктивной нагрузке (рис. 20.7, а) вектор отстает от вектора на угол 0 < ψ ₁ < 90°. Разложим вектор F₁ на оставляющие: продольную составляющую МДС статора, F₁_d = F₁ sin ψ ₁ и поперечную составляющую МДС статора F₁_q = F₁ cos ψ ₁. Такое же разложение МДС якоря F₁ на составляющие можно сделать в случае активно-емкостной нагрузки (рис. 20.7, б). Поперечная составляющая МДС статора F₁_q, представляющая собой МДС реакции якоря по поперечной оси, пропорциональна активной составляющей тока нагрузки I_q = I₁ cos ψ, т. е.

F₁_q = F₁ cos ψ ₁, (20.13)

а продольная составляющая МДС статора (якоря) F₁_d представляющая собой МДС реакции якоря по продольной оси, пропорциональна реактивной составляющей тока нагрузки I_d = I₁ sin ψ ₁, т. е.

F₁_d = F₁ sin ψ ₁ (20.14)

При этом если реактивная составляющая тока нагрузки отстает по фазе от ЭДС (нагрузка активно-индуктивная), то МДС F₁_d размагничивает генератор, если же реактивная составляющая тока опережает по фазе ЭДС (нагрузка активно-емкостная), то МДС F₁_d подмагничивает генератор.

Направление вектора F₁_d относительно вектора определяется характером реакции якоря, который при токе нагрузки , отстающем по фазе от ЭДС , является размагничивающим, а при токе , опережающем по фазе ЭДС , — подмагничивающим.

Пример 20.1. Определить продольную и поперечную составляющие МДС статора (якоря) трехфазного синхронного генератора номинальной мощностью 150 кВ А при напряжении 6, 3 кВ, если его четырехполюсная обмотка статора с обмоточным коэффициентом k_об1 = 0, 92 содержит в каждой фазе по w₁ = 312 последовательно соединенных витков. Нагрузка генератора номинальная при cos = ψ ₁0, 8.

Решение. Ток нагрузки номинальный

I₁ = S_ном / ( U_1ном) = 150/ ( 6, 3) = 13, 76 А.

Максимальное значение МДС трехфазной обмотки статора по (9. IS)

F₁ =1, 35 I₁ w₁k_o6l/ p = l, 35 13, 76 312 0, 92 / 2 = 2666 A.

Поперечная составляющая МДС статора по (20.13)

F₁_q = F₁ cos ψ ₁ = 2666 • 0, 8 = 2133 А.

Продольная составляющая МДС статора по (20.14)

F₁_d = F₁ sin ψ ₁ = 2666 • 0, 6 = 1600 А.

Магнитодвижущие силы реакции якоря по продольной F₁_d и поперечной F₁_q осям создают в магнитопроводе синхронной машины магнитные потоки реакции якоря. Основные гармоники этих потоков: по продольной оси

Ф₁_d = F₁_d / R_м_d = F₁ sin ψ ₁/ R_м_d; (20.15)

по поперечной оси

Ф₁_q = F₁_q / R_м_q = F₁ cos ψ ₁/ R_м_q; (20.16)

где R_м_d и R_м_q — магнитные сопротивления синхронной машины потокам основной гармоники по продольной и поперечной осям.

В неявнополюсной машине воздушный зазор по периметру расточки статора равномерен, а поэтому магнитные сопротивления по продольной и поперечной осям равны (R_м_d = R_м_q = R_м).

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

по продольной оси

; (20.17)

по поперечной оси

. (20.18)

Здесь х_а — индуктивное сопротивление реакции якоря, представляющее собой главное индуктивное сопротивление обмотки статора (Ом):

x_a = 2, 5 10^-6 m₁f₁ , (20.19)

где D₁ — внутренний диаметр сердечника статора, м; l_i — расчетная длина сердечника статора, м; δ — воздушный зазор, м.

В явнополюсных синхронных машинах магнитные сопротивления машины потокам основной гармоники по продольной и поперечной осям не одинаковы (R_м_q > R_м_d):

R_м_d = R_м/ k_d (20.20)

R_м_q = R_м/ k_q (20.21)

где R_м — магнитное сопротивление машины при равномерном воздушном зазоре по всему периметру расточки статора.

Это обстоятельство оказывает влияние на значения магнитных потоков реакции якоря, а следовательно, и на ЭДС реакции якоря. Количественно это влияние учитывается коэффициентами формы

= - j x_a k_q = - j x_ad sin ψ ₁ (20.22)

= - j x_aq k_q = - j x_aq cos ψ ₁. (20.23)

Здесь x_ad и x_aq — индуктивные сопротивления реакции якоря явнополюсной машины: по продольной оси

x_ad = x_a k_d; (20-24)

по поперечной оси

x_aq = x_a k_q. (20.25)

⇐ Предыдущая 46 47 48 49 505152 53 54 55 Следующая ⇒