Содержание
§ 6.5. Реакция якоря синхронной машины
При
работе синхронного генератора в режиме
холостого хода ток в обмотке статора
отсутствует, поэтому в машине действует
только магнитный поток возбуждения
(рис. 6.7,а).
При
подключении — нагрузки в обмотке статора
появится ток, который создаст магнитный
поток
.
Этот поток будет взаимодействовать с
магнитным потоком возбуждения,
создавая результирующий магнитный
поток синхронной машины. Воздействие
магнитного потока якоря (статора)на магнитный поток возбужденияназывается реакцией якоря.
Магнитные линии
поля, создаваемого полюсами, показаны
на рисункё сплошными, а магнитные линии
поля статора — штриховыми линиями. Это
поле можно разделить на две части.
Магнитные линии одной части поля статора
охватывают проводники обмотки,
замыкаясь в
сердечнике статора и воздушном зазоре.
На основное магнитное поле машины эта
часть магнитного потока статора никакого
влияния не оказывает и называется
потоком рассеяния статора
.
Поток
рассеяния статора наводит в его обмотке
э. д. с.
,
сдвинутую
по фазе относительно тока на 90°. Величина
является индуктивным сопротивлением
обмотки статора.
Э. д.
с. самоиндукции, наводимая потоком
рассеяния, уравновешивается реактивным
падением напряжения в обмотке статора;
.
Магнитные
линии второй
части
потока статора замыкаются в сердечнике
ротора и образуют магнитный поток якоря
(статора)
.
Этот поток взаимодействует с магнитным
потоком возбуждения и вызывает рёакцию
якоря.
Реакция
якоря в синхронных машинах во многом
схожа с реакцией якоря в машинах
постоянного тока (см. § 3.2). Однако, если
в машинах постоянного тока реакция
якоря зависит исключительно от величины
нагрузки, то в синхронных машинах она
зависит еще и от характера нагрузки, т.
е. от угла сдвига фаз между э. д. с. и током
в обмотке статора.
При активной
нагрузке ток совпадает по фазе с э.
д.
с., а при индуктивной и емкостной нагрузках
угол сдвига фаз между э. д. с. и током
равен ±90°.
На
рис. 6.7, а
дано
схематическое изображение синхронной
машины с неявнополюсным ротором. Для
простоты обмотка статора представлена
в виде эквивалентной катушки одной
фазы. В данном положении катушки
относительно полюсов наводимая в ней
имеет наибольшую величину, так как поток
полюсов, пронизывающий катушку, в этот
момент проходит через нулевое значение.
При
чисто активной нагрузке ()
ток в фазе достигает своего наибольшего
значения одновременно с э. д. с. Создаваемое
этим током магнитное поле является
поперечным и действует так же, как и в
машинах постоянного тока, ослабляя
основное поле под набегающим краем
полюса и усиливая его под сбегающим
краем. В результате ось результирующего
поля под действием м. д. с. реакции якоря
у синхронных генераторов несколько
смещается против направления вращения
ротора.
При
чисто индуктивной нагрузке между током
и э. д. с. существует сдвиг фаз на +90° и
ток I
достигает
своего амплитудного значения лишь через
периода после э.
д. с..
При
этом ось ротора повернется за то же
время на 90° по направлению его вращения
(рис. 6.7, б).
В этом случае ось поля статора уже
направлена навстречу оси поля полюсов,
и реакция якоря имеет продольно-размагничивающий
характер.
Емкостная
нагрузка создает между током и э. д. с.
сдвиг фаз на —90°, и действие реакции
якоря синхронного генератора в этом
случае будет
противоположным действию рёакции якоря
при чисто индуктивной нагрузке, т. е.
будет иметь продольно-намагничивающий
характер (рис. 6.7, в).
Обычно
синхронные генераторы работают со
смешанной активно-индуктивной нагрузкой
и имеют угол
меньше 90°. Создаваемое проводниками
обмотки статора магнитное поле реакции
якоря будет сдвинуто на определенный
угол,
равный углу сдвига фаз междуэ.
д.
с. и током в статоре. Ось потока реакции
образует с осью основного поля угол
.
Ток в статоре может быть разложен на
две
составляющие:
активную
и реактивную.
Первая составляющая создает поперечную
м.
д. с. реакции якоря,
вторая
— продольную м. д. с. реакции якоря
,
действующую
при индуктивной нагрузке в направлении,
обратном действию м. д. с. основного
магнитного потока
.
Таким
образом, в синхронном генераторе при
отстающем токе реакция якоря имеет
размагничивающий, а при опережающем
токе — намагничивающий характер.
Разберем
случай, когда ток генератора I
отстает по фазе от э. д. с.
на
угол
<90°.
На диаграмме (рис. 6.8) векторОА
обозначает
м. д.
с. полюсов
или в соответствующем масштабе —
основной
магнитный
поток Ф.
Вектор Оа
— м.
д. с. продольной реакции — направлен
в противоположную сторону относительно
вектора
ОА
(м.
д. с. полюсов
).
В
этом случае вектор Ос,
обозначающий
м. д. с. реакции якоря
,
будет
сдвинут относительно
вектора
на
угол
.
Если
ток I
опережает по фазе э. д. с.
на
угол
<90°,то
вектор
продольной
м. д. с.
реакции якоря
будет
направлен в ту же
сторону,
что и вектор ОА
(м.
д. с. полюсов
).
Тогда
м. д. с. ре-
акции
якоря
изобразится
вектором Ос’.
Таким
образом, когда ток I
генератора отстает по фазе от э. д. с.
,
то
продольная м. д. с. реакции якоря
размагничивает
машину, а когда ток I
опережает по фазе э. д. с.
,
то
продольная
м. д.
с.
намагничивает
ее.
Электротехника
Электротехника
Оглавление
|
Приведены основные правила работы в учебной электротехнической лаборатории.
17. СИМВОЛИЧЕСКИЙ МЕТОД
21. ПОНЯТИЕ ОБ ИЗМЕРЕНИЯХ НЕЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ
1. КЛАССИФИКАЦИЯ МАШИН ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
20. ОБРАТИМОСТЬ СИНХРОННЫХ МАШИН. ПРИНЦИП РАБОТЫ СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ
6. АВТОМАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ
Реакция якоря в синхронной машине — Опережение, отставание и Unity PF
Влияние потока якоря (статора) на поток, создаваемый полюсами поля ротора, называется реакцией якоря .
Когда ток протекает через обмотку якоря генератора переменного тока, возникающий МДС создает поток. Этот поток якоря реагирует с потоком главного полюса, в результате чего результирующий поток становится либо меньше, либо больше исходного потока основного поля.
Для простоты рассмотрим 3-фазный 2-полюсный генератор переменного тока , показанный на рисунке ниже: также использовались распределенные обмотки. Реакция якоря в синхронной машине влияет на поток основного поля и изменяется по-разному для разных коэффициентов мощности.
Здесь обсуждается реакция якоря для следующих трех условий, а именно: единичный коэффициент мощности, отставание с нулевым коэффициентом мощности и опережение с нулевым коэффициентом мощности. 9Коэффициент мощности 0003 можно определить как косинус угла между током фазы якоря и ЭДС индукции в проводнике якоря в этой фазе.
Реакция якоря при единичном коэффициенте мощности
Направление вращения ротора считается по часовой стрелке.
Применяя правило правой руки, можно найти направление ЭДС индукции в различных проводниках. Направление вращения проводников принято против часовой стрелки относительно полюсов ротора.
Предположим, что генератор выдает ток с единичным коэффициентом мощности. Фазные токи I A , I B и I C будут находиться в фазе с соответствующими генерируемыми напряжениями, то есть E A , E B и E C , как показано на рисунке. ниже:
Положительное направление потоков ϕ A , ϕ B , ϕ C показаны на рисунке ниже:
Проекция вектора на вертикальную ось дает его мгновенное значение.
При t=0 мгновенные значения токов и потоков задаются уравнением, показанным ниже:
Где нижний индекс m обозначает максимальные значения тока и потока. Таким образом, поток ϕ A идет параллельно с OA, а потоки ϕ B и ϕ C отрицательны и действуют противоположно друг другу, представленному OB и OC соответственно, как показано на рисунке ниже.
Равнодействующая потоков может быть найдена путем разрешения потоков по горизонтали и вертикали.
Разложив по горизонтали, получим
Аналогично, разложив по вертикали, получим
Результирующий поток реакции якоря равен
Если ротор повернуть на 30 градусов по часовой стрелке, соответствующая векторная диаграмма будет показано ниже.
В момент, когда ωt = 30⁰ , мгновенные значения токов и потоков задаются как:
Пространственная диаграмма потоков при ωt = 30⁰ показана ниже:
Здесь ϕ B = 0 . Результирующий реактивный поток якоря определяется уравнением, показанным ниже:
Результирующий поток ϕ AR направлен вдоль OD, который составляет угол с горизонтом по часовой стрелке.
Отсюда видно, что результирующий поток ϕ AR , создаваемый током в якоре, остается постоянным по величине, равным 1,5 ϕ м , и вращается с синхронной скоростью.
Когда ток совпадает по фазе с наведенным напряжением, поток реакции якоря ϕ AR отстает от основного поля на 90⁰. Это называется Поток перекрестного намагничивания.
Реакция якоря при отстающем коэффициенте мощности
Если генератор нагружен индуктивной нагрузкой с нулевым отстающим коэффициентом мощности. Ток фаз I A , I B и I C будет отставать от соответствующих фазных напряжений E A , E B и E C на 90⁰. На рисунке ниже показана векторная диаграмма реакции якоря при отстающей нагрузке.
В момент времени t = 0 мгновенные значения токов и потоков равны:
Пространственная диаграмма магнитных потоков показана ниже: задается уравнением, показанным ниже:
Направление потока реакции якоря противоположно потоку основного поля. Поэтому он будет противодействовать и ослаблять основной поток поля. Говорят, что он размагничен.
Реакция якоря при ведущем коэффициенте мощности
Если генератор переменного тока нагружен нагрузкой с опережающим нулевым коэффициентом мощности. Фазные токи I A , I B, и I C будут опережать соответствующие фазные напряжения E A , E B, и E C на 90⁰. Векторная диаграмма показана ниже:
В момент времени t = 0 мгновенные значения токов и потоков определяются приведенными ниже уравнениями:
Направление потока показано ниже на векторной диаграмме.
Результирующий поток определяется уравнением, показанным ниже: Направление потока реакции якоря совпадает с направлением потока основного поля. Он известен как намагничивающий поток .
Характер реакции якоря
Ниже приводится следующий вывод:
- Поток реакции якоря постоянен по величине и вращается с синхронной скоростью.
- Реакция якоря является перекрестным намагничиванием, когда генератор питает нагрузку с коэффициентом мощности, равным единице.
- Когда генератор питает нагрузку при отстающей мощности, реакция якоря является частично размагничивающей и частично перекрестно намагничивающей.
Это все о реакции якоря в синхронной машине.
Реакция якоря синхронного генератора
следующий → Синхронный генераторСинхронный генератор — это устройство, использующее электромагнитную индукцию для преобразования механической энергии в электричество переменного тока (AC). Генераторы переменного тока и Генераторы переменного тока — другие названия синхронных генераторов. Поскольку он генерирует мощность переменного тока, его называют «генератором переменного тока». Поскольку он должен работать на синхронной скорости, чтобы генерировать электричество переменного тока с требуемой частотой, этот генератор известен как синхронный генератор. Существует два типа синхронных генераторов : однофазные и многофазные (обычно трехфазные). Принцип работы и работа генератораЭлектромагнитное поле (ЭМП) создается в проводнике при изменении потока, соединяющего его. Так работает генератор переменного тока или синхронный генератор. Когда обмотка якоря генератора подвергается воздействию вращающегося магнитного поля, обмотка вырабатывает напряжение. На роторе появляются чередующиеся полюса N и S, когда обмотка возбуждения ротора генератора питается от возбудителя постоянного тока. Магнитное поле полюсов ротора разрезает проводники якоря, закрепленные на статоре, когда ротор вращается первичным двигателем против часовой стрелки. В результате электромагнитная индукция индуцирует ЭДС в проводниках якоря. Поскольку полюса N и S ротора проходят через проводники якоря попеременно, ЭДС индукции является переменной. Правило правой руки Флеминга может быть использовано для определения пути создаваемого ЭДС, а частота определяется с помощью f= НСП/120 Где, Синхронная скорость в RP Ns . P — общее количество полюсов ротора. Скорость вращения ротора, а также постоянный ток возбуждения поля влияют на величину вырабатываемого напряжения. Когда обмотка сбалансирована, напряжение, генерируемое в каждой фазе, одинаково, но отличается электрически на 120° по фазе. Реакция якоря синхронного генератора На основе закона Фарадея работает любая вращающаяся электрическая машина. Каждое электрическое устройство нуждается в магнитном поле, катушке (известной как якорь) и движении по отношению друг к другу. При использовании генератора переменного тока мы подводим электричество к полюсу для создания магнитного поля, а якорь обеспечивает выходную мощность. Проводники якоря отсекают поток магнитного поля из-за относительного движения между полем и якорем, вызывая изменение потокосцепления с этими проводниками. Якорь будет испытывать электромагнитное поле (ЭМП) в соответствии с законом электромагнитной индукции Фарадея. В результате катушка якоря начинает проводить ток, как только к клеммам якоря подключается нагрузка. Как только ток начинает протекать по проводнику якоря, он оказывает одно обратимое влияние на поток основного поля синхронного генератора (или генератора переменного тока). Реакция якоря в генераторе переменного тока или синхронном генераторе является техническим термином для этого неблагоприятного воздействия. Другими словами, реакция якоря относится к взаимодействию между потоком якоря (статора) и потоком, создаваемым полюсами поля ротора. Мы, очевидно, знаем, что проводник с током генерирует собственное магнитное поле, и что это магнитное поле влияет на первичное магнитное поле генератора переменного тока. Либо искажается основное поле, либо уменьшается поток основного поля, либо имеют место оба этих неблагоприятных последствия. Они вызывают снижение производительности машины. Существует явление, называемое эффектом перекрестного намагничивания, когда поле деформируется. А эффект размагничивания — это то, что происходит при уменьшении потока поля. Магнитное поле действует как канал электромеханического преобразования энергии. ЭДС, величина которой зависит от относительной скорости и магнитного потока, создается в обмотках якоря в результате относительного движения между проводниками якоря и основным полем. Реакция якоря приводит к уменьшению или искажению потока, что, в свою очередь, влияет на результирующую ЭДС индукции и снижает производительность машины. Теперь давайте посмотрим на реакцию якоря в генератореВлияние реакции якоря в генераторе переменного тока, как и во всех других синхронных машинах, зависит от коэффициента мощности или фазового соединения между током якоря и напряжением на клеммах. Когда генератор приводит в действие отстающую нагрузку, он передает магнитную энергию нагрузке, поскольку реактивная мощность (также известная как отстающая) представляет собой энергию магнитного поля. Полезная реактивная мощность генератора уменьшается, поскольку эта мощность получается за счет стимуляции синхронной машины. В результате реакция якоря размагничивается. Аналогично этому, генератор обеспечивает ведущую нагрузку (поскольку ведущая нагрузка поглощает ведущую ВАР) и взамен получает ведомую ВАР (магнитную энергию) от генератора, который оказывает намагничивающий эффект. Единственной реакцией якоря при исключительно резистивной нагрузке является перекрестное намагничивание. Фазовый угол между током якоря статора и наведенным напряжением на обмотке якоря генератора переменного тока определяет реакцию якоря генератора переменного тока или синхронного генератора. Ток и напряжение якоря имеют несоответствие фаз между собой, которое может варьироваться от -90 градусов до +90 градусов. Следовательно, мы можем сказать, что этот угол лежит в пределах от -90° до + 90°. Мы рассмотрим три типичных сценария, чтобы понять истинное влияние этого угла на реакцию якоря генератора,
1.
Угол между током якоря I и ЭДС индукции E равен нулю при коэффициенте мощности, равном единице. Это указывает на то, что ток якоря и ЭДС индукции совпадают по фазе. Теоретически, однако, мы знаем, что ЭДС якоря возникает из-за флуктуирующего потока основного поля, связанного с проводником якоря. Поток основного поля остается постоянным по отношению к магнитам возбуждения, поскольку поле стимулируется постоянным током, но он будет меняться по отношению к якорю, поскольку поле и якорь движутся относительно друг друга в генераторе переменного тока. Если поток первичного поля генератора переменного тока по отношению к якорю можно выразить как Φ f =Φ fm sinwt………(1) ЭДС индукции на якоре, таким образом, пропорциональна dΦ f /dt. Сейчас dΦ f /dt = -wΦ fm coswt……..(2) Следовательно, из приведенных выше уравнений (1) и (2) ясно, что угол между φf и ЭДС индукции E будет равен 90°. Поток якоря an теперь обратно пропорционален току якоря I. В результате поток якоря Φa и ток якоря I совпадают по фазе. I и E снова совпадают по фазе при коэффициенте мощности, равном единице. В результате при коэффициенте мощности, равном единице, а и Е находятся в фазе. Следовательно, в этой точке поток поля и ЭДС индукции E находятся в квадратуре, а поток якоря теперь находится в фазе с E. В результате поток якоря a и поток основного поля f находятся в квадратуре. Из-за перпендикулярного соотношения двух потоков реакция якоря генератора переменного тока при коэффициенте мощности, равном единице, имеет исключительно искажающий или перекрестный намагничивающий характер. Расположение потока основного поля под поверхностью полюса на самом деле не остается однородным, поскольку поток якоря направляет поток основного поля перпендикулярно. Под передними концами полюсов плотность потока падает, а под последующими концами полюсов она несколько увеличивается. 2. Реакция якоря генератора при отстающем нулевом коэффициенте мощностиТок якоря отстает от ЭДС в якоре на 90 градусов при нулевом коэффициенте мощности. Поскольку поток основного поля индуцирует ЭДС в катушке якоря, эта ЭДС опережает поток основного поля на 90 градусов. Полевой поток получается из уравнения (1). Φ f =Φ fm sinwt Следовательно, ЭДС индукции E ∝-dΦ f /dt E ∝-wΦ fm coswt Таким образом, E максимально и Φ f равно нулю в момент времени wt = 0, E равно нулю, а Φ f имеет максимальное значение при wt = 90°. E находится на максимуме, а Φ f равно нулю, когда wt = 180°. E равно нулю, а Φ f имеет максимальное отрицательное значение при wt = 270°. Здесь Φ f достигла своего максимального значения перед E. Ток якоря I теперь отстает от E на 90 градусов и пропорционален потоку якоря a. Таким образом, Φ a отстает от E на 90 градусов. В результате поток якоря и поток поля оказывают прямо противоположное действие. В результате реакция якоря генератора переменного тока при отстающем нулевом коэффициенте мощности является полностью размагничивающей. Это означает, что поток якоря напрямую препятствует потоку основного поля. 3. Реакция якоря генератора при ведущем коэффициенте мощностиВ условиях опережающего коэффициента мощности ток якоря «I» отстает от ЭДС наведения «E» на угол 90°. Еще раз мы продемонстрировали, что поток поля f приводит к ЭДС индукции E через угол 90°. Еще раз, поток якоря an обратно пропорционален току якоря I. В результате Φ a и I совпадают по фазе. В результате поток якоря Φ a опережает Е на 90 градусов, как и у меня. В этом примере считается, что поток поля и поток якоря имеют одно и то же направление, поскольку они оба индуцируют ЭДС E при 9угол 0°.  |
Реакция якоря синхронного генератора при единичном коэффициенте мощности
Значит, f опережает E на 90 градусов.