každý rotující elektrický stroj pracuje na základě Faradayova zákona. Každý elektrický stroj vyžaduje magnetické pole a cívku (známou jako kotva) s relativním pohybem mezi nimi. V případě alternátoru dodáváme elektřinu do pólu pro výrobu magnetického pole a výstupní výkon je odebírán z kotvy. V důsledku relativního pohybu mezi polem a kotvou, vodič armatur přerušil tok magnetického pole, a proto by došlo ke změně vazby toku s těmito vodiči kotvy. Podle Faradayova zákona elektromagnetické indukce by v Kotvě byl indukován emf. Jakmile je tedy zatížení spojeno se svorkami kotvy, v cívce kotvy proudí proud.
jakmile proud začne protékat vodičem kotvy, dojde k jednomu zpětnému účinku tohoto proudu na hlavní tok pole alternátoru (nebo synchronního generátoru). Tento zpětný účinek se označuje jako reakce kotvy v alternátoru nebo synchronním generátoru. Jinými slovy, účinek toku kotvy (statoru) na tok produkovaný póly pole rotoru se nazývá reakce kotvy.
již víme, že proudový vodič vytváří své vlastní magnetické pole a toto magnetické pole ovlivňuje hlavní magnetické pole alternátoru.
má dva nežádoucí účinky, buď zkresluje hlavní pole, nebo snižuje tok hlavního pole nebo obojí. Zhoršují výkon stroje. Když se pole zkreslí, je známé jako křížový magnetizační efekt. A když se tok pole sníží, je znám jako demagnetizační efekt.
elektromechanická přeměna energie probíhá prostřednictvím magnetického pole jako média. V důsledku relativního pohybu mezi vodiči kotvy a hlavním polem je ve vinutích kotvy indukován emf, jehož velikost závisí na relativní rychlosti a také na magnetickém toku. V důsledku kotevní reakce je tok snížen nebo zkreslen, je také ovlivněn čistý emf indukovaný a tím se zhoršuje výkon stroje.
reakce kotvy v Alternátoru
v Alternátoru stejně jako všechny ostatní synchronní stroje závisí účinek reakce kotvy na účiníku, tj. fázovém vztahu mezi svorkovým napětím a proudem kotvy.
jalový výkon (zaostávání) je energie magnetického pole, takže pokud generátor dodává zaostávající zatížení, znamená to, že dodává magnetickou energii zátěži. Protože tento výkon pochází z buzení synchronního stroje, čistý jalový výkon se v generátoru sníží.
proto je reakce kotvy demagnetizující. Podobně má reakce kotvy magnetizační účinek, když generátor dodává přední zatížení (jako vedoucí zatížení bere přední VAR) a na oplátku dává generátoru zaostávající var (magnetická energie). V případě čistě odporové zátěže je reakce kotvy pouze křížovou magnetizací.
reakce kotvy alternátoru nebo synchronního generátoru závisí na fázovém úhlu mezi proudem statorové kotvy a indukovaným napětím napříč vinutím kotvy alternátoru.
fázový rozdíl mezi těmito dvěma veličinami, tj. Proud a napětí kotvy se mohou lišit od-90o do + 90o
, pokud je tento úhel θ, pak,
abychom pochopili skutečný vliv tohoto úhlu na kotevní reakci alternátoru, zvážíme tři standardní případy,
- když θ = 0
- když θ = 90o
- když θ = – 90o
reakce kotvy alternátoru při účiníku Unity
při účiníku unity je úhel mezi proudem kotvy I a indukovaným emf E nulový. To znamená, že proud kotvy a indukovaný emf jsou ve stejné fázi. Teoreticky však víme, že emf indukovaná v Kotvě je způsobena změnou toku hlavního pole, spojeného s vodičem kotvy.
jak je pole excitováno stejnosměrným proudem, hlavní tok pole je konstantní vzhledem k magnetům pole, ale střídal by se s ohledem na kotvu, protože existuje relativní pohyb mezi polem a kotvou v Alternátoru. Je-li tok hlavního pole alternátoru vzhledem k kotvě reprezentován jako
, pak indukovaný emf e napříč kotvou je úměrný, dφf/dt.
z těchto výše uvedených rovnic (1) a (2)je tedy zřejmé, že úhel mezi, φf a indukovaným emf E bude 90o.
nyní je tok kotvy φa úměrný proudu kotvy I.proto je tok kotvy φa ve fázi s proudem kotvy I.
opět v jednotě elektrický účiník I A E jsou ve stejné fázi. Takže v jednotném účiníku je φa fáze s E. takže v tomto stavu je tok kotvy ve fázi s indukovaným emf E a tok pole je v kvadratuře s E. proto je tok kotvy φa v kvadratuře s hlavním polem φf.
vzhledem k tomu, že tyto dva toky jsou navzájem kolmé, je reakce kotvy alternátoru při účiníku unity čistě zkreslujícím nebo křížově magnetizujícím typem.
vzhledem k tomu, že tok kotvy tlačí tok hlavního pole kolmo, distribuce toku hlavního pole pod čelní plochu pólu nezůstává rovnoměrně rozložena. Hustota toku pod koncovými póly se poněkud zvyšuje, zatímco pod špičkami předních pólů klesá.
kotevní reakce alternátoru při zaostávajícím nulovém účiníku
při zaostávajícím nulovém elektrickém účiníku proud kotvy zaostává o 90o na indukovaný emf v Kotvě.
jako emf indukovaný v cívce kotvy v důsledku toku hlavního pole tak emf vede hlavní tok pole o 90o. z rovnice (1) získáme tok pole,
proto při wt = 0 Je E maximální a φf je nula.
při wt = 90o Je E nula a φf má maximální hodnotu.
při wt = 180o Je E maximální a φf nula.
při wt = 270o Je E nula a φf má zápornou maximální hodnotu.
zde φf dostal maximální hodnotu 90o před E. proto φf vede e o 90o.
nyní je proud kotvy I úměrný toku kotvy φa a i zaostává E o 90o. proto φa zaostává E o 90o.
lze tedy dojít k závěru, že tok pole φf vede E o 90o.
proto tok kotvy a tok pole působí přímo proti sobě. Reakce kotvy alternátoru při zaostávajícím nulovém účiníku je tedy čistě demagnetizujícím typem. To znamená, že tok kotvy přímo oslabuje tok hlavního pole.
kotevní reakce alternátoru při vedoucím účiníku
při stavu vedoucího účiníku vede proud kotvy „I“ indukovaný emf E o úhel 90o. opět jsme ukázali jen, pole toku φf vede, indukované emf e o 90o.
opět je tok kotvy φa úměrný proudu kotvy I. proto je φa ve fázi s i.proto tok kotvy φa také vede E, o 90o, jak i vede e o 90o.
jako v v tomto případě jak tok kotvy, tak vedení toku pole, indukované emf e o 90o, lze říci, Tok pole a tok kotvy jsou ve stejném směru. Výsledný tok je tedy jednoduše aritmetický součet toku pole a toku kotvy. Konečně lze tedy říci, že kotevní reakce alternátoru v důsledku čistě vedoucího elektrického účiníku je magnetizačním typem.
povaha reakce kotvy
- reakční tok kotvy má konstantní velikost a otáčí se synchronní rychlostí.
- reakce kotvy je křížová magnetizace, když generátor dodává zatížení při účiníku unity.
- když generátor dodává zátěž při předním účiníku, reakce kotvy je částečně demagnetizována a částečně zkřížena.
- když generátor dodává zátěž při předním účiníku, reakce kotvy je částečně magnetizována a částečně křížově magnetizována.
- tok armatury působí nezávisle na toku hlavního pole.