Учебное пособие: Синхронные машины. Машины постоянного тока
Воздействие м.д.с. якоря на магнитное поле синхронной
машины называют реакцией якоря. Так как под действием реакции якоря
изменяется результирующий поток в машине, напряжение генератора, работающего в
автономном режиме, будет зависеть от величины и характера нагрузки, а также
от индивидуальных особенностей машины: величины м.д.с. обмотки возбуждения,
свойств магнитной системы и т.д. Рассмотрим, как проявляется реакция якоря при
двух основных конструктивных формах синхронных машин – неявнополюсных и
явнополюсных.
Неявнополюсная машина. В этой машине
величина воздушного зазора между статором и ротором по всей окружности остается
неизменной, поэтому результирующий магнитный поток машины Фрез и
создаваемая им э.д.с. Е при любой нагрузке могут быть определены по
характеристике холостого хода исходя из результирующей м.д.с. Fрез. Однако при
отсутствии насыщения в магнитной цепи машины этот метод определения потока Фрез
может быть существенно упрощен, так как от сложения указанных м.д.с. можно
перейти к непосредственному векторному сложению соответствующих потоков:
Фрез=Фв+Фа,
как это показано на рис. 1.18 и 1.19.
Рис. 1.18 – Реакция якоря в
неявнополюсной машине при различных условиях нагрузки
При ψ= 0 (рис. 1.18, а и 1.19, а)
ток в фазе А – X достигает
максимума в момент времени, когда оси полюсов N и S совпадают с осью среднего паза рассматриваемой обмотки. Для
этого случая показаны диаграммы распределения основных гармоник магнитных
полей.
Кривая распределения индукции Ba = f(x) для двухполюсной
машины будет смещена относительно кривой индукции Bв = f(x) в пространстве на
90°, т.е. поток якоря Фа действует в направлении, перпендикулярном
действию потока возбуждения Фв (поперек оси полюсов). В теории
синхронной машины ось, проходящую через середину полюсов, называют продольной
и обозначают буквами d–d; ось, проходящую
между полюсами, называют поперечной и обозначают q – q. Следовательно, при ψ = 0 поток якоря действует по
поперечной оси машины, размагничивая одну половину каждого полюса и
подмагничивая другую. Кривая распределения результирующей индукции Bрез = f(x) при этом сдвигается
относительно кривой Bв = f(x) против направления вращения ротора. В соответствии с
пространственным сдвигом кривых распределения индукции сдвигаются и векторы
потоков на временной векторной диаграмме, т.е. вектор отстает от вектора
потока возбуждения на 90°. Вектор
результирующего потока ; его
модуль
При ψ = 90° (рис. 1.18, б и 1.19, б) ток в фазе А–X достигает максимума на 1/4 периода позднее момента,
соответствующего максимуму э.д.с. Е0. За это время
полюсы ротора перемещаются на 1/2 полюсного деления, вследствие чего кривая Ba = f(x) смещается относительно кривой Bв = f(x) на 180°. При этом
поток якоря действует по продольной
оси машины против потока возбуждения ;
результирующий поток сильно
уменьшается, вследствие чего уменьшается и э.д.с. якоря Ė. Таким
образом, при ψ = 90° реакция якоря действует на машину размагничивающим
образом.
При ψ = – 90° (рис. 1.18, в и 1.19, в)
поток якоря также действует по продольной оси машины, но совпадает по
направлению с потоком возбуждения. Следовательно, реакция якоря действует на
машину подмагничивающим образом, увеличивая ее результирующий поток и э.д.с. Ė.
Выводы, полученные при рассмотрении трех случаев нагрузки,
можно распространить и на общий случай, когда –90° < ψ < 90°. При
этом характерным является то, что отстающий ток (активно-индуктивная нагрузка)
размагничивает машину, а опережающий ток (активно-емкостная нагрузка)
подмагничивает ее.
Э.д.с. Е при работе генератора под нагрузкой можно
рассматривать как сумму двух составляющих:
. (1.12)
Рис. 1.19 – Кривые распределения
индукции в неявнополюсной машине и векторные диаграммы потоков и э. д. с. при различных углах ψ
Э.д.с. Еа пропорциональна потоку Фа,
т.е. току 1а в обмотке якоря, поэтому ее можно
рассматривать как э.д.с. самоиндукции, индуктированную в обмотке якоря, и
представить в виде
,
где ха – индуктивное сопротивление
синхронной машины, обусловленное потоком реакции якоря.
Явнополюсная машина. В
этой машине воздушный зазор между статором и ротором не остается постоянным,
так как он расширяется по направлению к краям полюсов и резко увеличивается в
зоне междуполюсного пространства. По этой причине поток якоря здесь зависит не
только от величины м.д.с. Fa якоря, но и от
положения кривой распределения этой м.д.с. Fa = f (x) относительно полюсов
ротора, так как одна и та же м.д.с. якоря в зависимости от ее пространственного
положения создает различный магнитный поток. Так, например, при угле ψ = 0
(рис. 1.20, а), когда поток якоря направлен по поперечной
оси машины, кривая распределения индукции Ba=Baq имеет седлообразную
форму, хотя м.д.с. Fа якоря распределена синусоидально. При этом максимуму м.д.с.
Fa
соответствует небольшая индукция, так как магнитное сопротивление воздушного
зазора максимально. При угле ψ = 90° (рис. 1.20, б), когда
поток якоря направлен по продольной оси машины, кривая распределения индукции Ва
= Bad расположена
симметрично относительно оси полюсов. В этом случае индукция имеет большее
значение, чем при ψ = 0, так как магнитное сопротивление воздушного зазора
в данном месте невелико. Соответственно различные максимальные значения будут
иметь и первые гармоники Bad1 и Ваq1
указанных кривых.
Рис. 1.20 – Кривые распределения
м. д. с. реакции якоря и
создаваемых ею индукций в явнополюсной машине
Чтобы избежать трудностей, связанных с
изменением результирующего сопротивления воздушного зазора при различных
режимах работы машины, при анализе работы явнополюсной синхронной машины
следует использовать так называемый метод двух реакций. Согласно этому
методу, м.д.с. Fa в общем случае представляют в виде суммы
двух составляющих: продольной Fad = Fasinψ и поперечной Faq = Facosψ (рис. 1.21, а),
причем Fa = Fad + Faq. Продольная составляющая Fad создает продольный поток якоря Фаd,
индуктирующий в обмотке якоря э.д.с. Ead, а поперечная составляющая Faq – поперечный поток Фаq,
индуктирующий э.д.с. Eaq, причем
принимают, что эти потоки не оказывают влияния друг на друга. В соответствии с
принятым методом ток якоря Iа, создающий м.д.с. Fа, также
представляют в виде двух составляющих: продольной Id и поперечной Iq (рис. 1.21, б).
Рис. 1.21 – Разложение векторов
м.д.с. и тока якоря на продольную и поперечную составляющие
Величину магнитных потоков Фаd
и Фаq и индуктируемых ими э.д.с. Ead и Eaq можно определить по кривой намагничивания
машины или по спрямленной характеристике (рис. 1.22). Однако кривая намагничивания строится для м.д.с. возбуждения Fв, имеющей
не синусоидальное, а прямоугольное распределение вдоль, окружности якоря. Чтобы
воспользоваться указанной кривой или спрямленной характеристикой, м.д.с. Fad и Faq следует привести к прямоугольной м.д.с. возбуждения Fв, т.е.
найти их эквивалентные значения Fad' и Faq'.
Установление эквивалентных значений Fad' и Faq' производят на основании следующих
соображений: м.д.с. Fad и Faq создают в воздушном зазоре машины индукции
Bad и Ваq, распределенные
вдоль окружности якоря так же, как и индукции, создаваемые м.д.с. Fа соответственно
при углах ψ = 0 и ψ = 90о (см. рис. 1.20, а, б). Первые гармоники Bad1 и Baq1 кривых
Bad = f(x) и Baq = f(x) образуют магнитные потоки
Фad=Fad/rм ad; Фaq= Faq/rм aq.
где rм ad и rм aq – магнитные сопротивления для соответствующих потоков,
учитывающие не только форму воздушного зазора, но и синусоидальность кривой
распределения м.д.с. Fad и Faq вдоль окружности якоря.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43 |