Работа синхронного генератора в режиме нагрузки.

 

Реакция якоря:

Режимом нагрузки, для синхронного генератора, является такой режим, когда с помощью приводного двигателя вращается индуктор с частотой n=n1, обмотки возбуждения подключены к источнику постоянного напряжения, а обмотка якоря подключена к некоторой нагрузке. Подключив обмотку якоря к нагрузке по фазам этой обмотки будут протекать токи, которые в трехфазной обмотке относительно друг друга во времени будут сдвинуты на угол 120 градусов. В результате этого эти токи создадут магнитодвижущие силы в фазах обмотки якоря, а они создадут в этой обмотке круговое вращающееся поле обмотки якоря. При этом обмотка возбуждения создаст свое магнитное поле.

𝑈_𝑏 => 𝐼_𝑏 => 𝐹_𝑏 => Ф_𝑏

𝐼₁ => 𝐹_𝑎 => Ф_𝑎 (10)

 

 

Таким образом в режиме нагрузки присутствует два магнитных потока Фа, Фb. При преобразовании одного вида энергии в другой участвует магнитный поток, который возникает при взаимодействии магнитодвижущих сил или соответствующих потоков.

Ф_рез = Ф_𝑏 + Ф_𝑎 (11)

При чем поток якоря, приводит к тому что результирующий поток в режиме нагрузки будет отличатся от магнитного потока в режиме холостого хода. При этом ЭДС возбуждения не зависит от нагрузки.

Слияние МДС якоря (потока якоря) на поток возбуждения называется реакцией якоря.

Характер этого влияния зависит от взаимного расположения в пространстве полей возбуждения и якоря. Поле возбуждения всегда направлено по оси полюсов и обуславливает ЭДС Е0 в обмотке якоря. Принято ось совпадающую с осью полюсов называть продольной осью и обозначать d-d. А ось перпендикулярную продольной оси принято называть поперечной осью q-q. Ориентация поля якоря в пространстве зависит от распределения тока в проводниках обмотки якоря, что в свою очередь определяет уклон сдвига между векторами ЭДС Е0 и током якоря. Такой угол в дальнейшем будем обозначать 𝛹.

Угол Ψ в синхронных машинах изменяется в диапазоне от π/2 до –π/2 и зависит от характера нагрузки. Рассмотрим с качественной стороны проявления реакции якоря в явнополюсных и неявнополюсных синхронных генераторов для трех случаев: индуктивная нагрузка, емкостная нагрузка и активная нагрузка.

Реакция якоря в явнополюсном синхронном генераторе, индуктивная нагрузка 𝛹 = 90 градусов

(рис. 3.12, 3.13 методичка)

На рисунке Ан, Ак, Ск, Вк, Сн, Вн – концы фаз обмотки якоря. Механически соединив вал приводного двигателя с валом генератора, будем его вращать с частотой вращения n. Обмотку возбуждения подключим к источнику постоянного напряжения.

𝑈_𝑏 => 𝐼_𝑏 => 𝐹_𝑏 => Ф_𝑏 => 𝐸₀ (13)

Магнитный поток Фб, который вращается с частотой вращения n пересекает проводники обмотки якоря и в них наводит ЭДС Е0, направление которой определяют по правилу правой руки с учетом замечаний, которые были отмечены ранее. Направление ЭДС Е0 показано на рис. вне кружков.

Так как обмотка якоря трехфазная, то наводимая ЭДС в фазах обмотки якоря сдвинуты относительно друг друга на угол 120 градусов, что показано на (рис. 3.13 методичка).

Замкнув обмотку якоря на индуктивную нагрузку, по ее фазам будут протекать токи I1a, b, c

Токи будут отставать на угол 90 градусов. В соответствии с диаграммой определим направления этих токов в фазах обмотки якоря. Для этого, как известно из ТОЭ, необходимо найти мгновенные значения этих токов. Для чего вектора этих токов спроектируем на действительную ось для трехфазной системы.

𝐼₁ => 𝐹_𝑎 => Ф_𝑎 (14)

Направление потока якоря определяют по правилу буравчика.

Рассматривая положение магнитных потоков возбуждения и якоря видно, что поток якоря направлен по оси полюсов, то есть по продольной оси, но направление этого поля якоря встречно полю возбуждения, которое также направлено по продольной оси. Поэтому при индуктивной нагрузке говорят: действует продольная размагничивающая реакция якоря, которая Ф_рез = Ф_𝑏 + Ф_𝑎 результирующий магнитный поток уменьшает. И этот поток по отношению режима холостого хода отличается.