Метод или теория двух реакций синхронной машины

Ввиду несимметричного устройства индуктора возникает необ­ходимость рассматривать действие реакции якоря по продольной и поперечной осям в отдельности. Метод такого рассмотрения впервые был предложен французским электротехником А. Блонделем в 1895 г. и называется методом или теорией двух реакций. 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. Ввиду наличия определенного насы­щения участков магнитной цепи это предположение не вполне пра­вильно.

Однако- учет влияния насыщения очень сложен, а опре­деленные коррективы могут быть внесены дополнительно. Продольная и поперечная реакция якоря. Рассмотрим действие реакции якоря многофазной синхронной машины при установив­шейся симметричной нагрузке. 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 рискаждая 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. Сначала рассмотрим случай, когда угол сдвига фаз между током якоря и э.д.с., индуктируемой в обмотке якоря током или полем возбуждения, равен нулю (рис а). Ротор вращается с электрической угловой скоростью и при положении ротора, изображенном на рис а, э. д. с. фазы А максимальна. Так как = 0, то ток этой фазы также мак­симален и

Направления токов iа, ib,, ic, нетрудно установить по правилу правой руки, и они указаны на рис. а крестиками и точками. При этих направлениях токов магнитные линии поля реакции якоря в полюсах и теле якоря направлены поперек оси полюсов d. Следовательно, поток реакции якоря Ф действует по поперечной оси. Такой характер поля реакции якоря 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 э. д. с. в обмотке якоря. Величина этой э. д. с. определяется ниже. Если ток I отстает от э. д. с. на = 90°, то максимум тока в фазе А наступает по сравне­нию со случаем на рис а на четверть периода позднее, когда ротор повернется на 90° по часовой стрелке (рис. б). Токи фаз на рис. в, имеют такие же значения, как и на рис. а, вследствие чего и ориентация магнитного пото­ка якоря в пространстве является такой же. Если ток I опережает э. д. с. на = -90°, то максимум тока в фазе А наступает по сравнению со случаем на рис. а на чет­верть периода раньше и в этот момент времени ротор занимает по сравнению с рис. а положение, повернутое на 90° против направления вращения (рис. в). Токи фаз на рис. в имеют такие же значения, как и на рис а.

Из рис. 32-9, в видно, что при опережающем токе и =-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).

40. ПРОДОЛЬНАЯ И ПОПЕРЕЧНАЯ РЕАКЦИИ ЯКОРЯ

Ввиду несимметричного устройства индуктора действие реакции якоря рассматривают по продольной и поперечной осям в отдельности. Метод такого рассмотрения впервые был предложен французским электротехником

А. Блонделем в 1895 г. и называется методом или теорией двух реакций. Этот метод основан на принципе наложения в предположении, что магнитные потоки, действующие по двум осям, не влияют друг на друга, хотя из-за насыщения магнитной цепи это не совсем так.

Рассмотрим действие реакции якоря СМ на примере трехфазного двухполюсного генератора (рис. 1). Предположим, что угол сдвига фаз f между током якоря и ЭДС , индуктируемой в обмотке якоря полем возбуждения, равен нулю (рис. 1, а), а величина ЭДС фазы А максимальна. Так как f=0, то ток фазы А тоже максимальный. Направления ЭДС и токов можно определить по правилу правой руки. При этом магнитный поток Ф_а обмотки якоря направлен поперек оси полюсов. Следовательно, при f=0 поле реакции якоря является чисто поперечным и вызывает искажение поля возбуждения и кроме того индуктирует ЭДС в обмотке якоря.

Рис. 1. Поперечная (а), продольная размагничивающая (б) и продольная намагничивающая (в) реакции якоря СМ Если ток отстает от ЭДС наf= 90°, то максимум тока отстает от ЭДС на четверть периода, когда ротор повернется на 90°. При этом реакция якоря действует по продольной оси и является по отношению к полю возбуждения чисто размагничивающей (продольная размагничивающая реакция якоря). Если ток опережает ЭДС на f= - 90°, то максимум тока наступает на четверть периода раньше, чем максимум ЭДС. При опережающем токе поле якоря также действует по продольной оси, но является по отношению к полю возбуждения чисто намагничивающей, т. е. она увеличивает поток возбуждения (продольная намагничивающая реакция якоря).

В общем случае, когда 0 < f < 90°, ток можно разложить на две составляющие (рис.2):

, (2,1)

первая из которых называется продольной составляющей тока якоря (продольным током) и создает продольную реакцию якоря, а вторая − поперечной составляющей тока (поперечным током) и создает поперечную реакцию якоря. Угол f считается положительным, когда отстает от .

Рис. 2. Разложение тока якоря I на продольную и поперечную составляющие

Амплитуды основной гармоники продольной и поперечной МДС реакции

якоря [1] ; (2,2)

можно рассматривать как составляющие полной МДС якоря по осям d и q (2,3)

Тогда ; . (2,4)

Максимумы волн МДС совпадают с продольной осью, а с поперечной (рис. 3, кривые 1). Если бы величина зазора d была по всей окружности одинаковая, то МДС и создали синусоидальные волны магнитного поля (рис. 3, кривые 2) с амплитудами

; . (3.1) Вследствие неравномерности воздушного зазора действительные кривые индукции 3 не будут синусоидальны. Кривая 4 показывает основные гармоники поля продольной и поперечной реакции якоря с амплитудами B_adm1 и B_aqm1. Отношения ; (3.2)

меньше единицы, причем < . Величины и называются коэффициентами формы поля продольной и поперечной реакции якоря.

Рис. 4. Кривые поля реакции якоря явнополюсной синхронной машины по продольной (а) и поперечной (б) осям

Зависимости , даются в учебниках. Для неявнополюсной машины вследствие равномерности зазора = =1.

Основные гармоники полей продольной и поперечной реакции якоря создают потоки реакции якоря ; . Потоки и индуктируют в обмотке якоря ЭДС самоиндукции , , которые называются ЭДС продольной и поперечной реакции якоря.