jokainen pyörivä sähkökone toimii Faradayn lain mukaan. Jokainen sähkökone vaatii magneettikentän ja käämin (tunnetaan nimellä armature), joiden välillä on suhteellinen liike. Jos kyseessä on vaihtovirtageneraattori, toimitamme sähköä navalle magneettikentän tuottamiseksi ja lähtöteho otetaan panssarista. Kentän ja armatuurin välisen suhteellisen liikkeen vuoksi armatuurien johtimet katkaisevat magneettikentän vuon, ja näin ollen vuon yhteys näihin armatuurijohtimiin muuttuisi. Faradayn sähkömagneettisen induktion lain mukaan armatuurissa olisi emf. Siten heti, kun kuorma on kytketty armature terminaalit, on virta virtaa armature kela.
heti kun virta alkaa virrata armatuurijohtimen läpi, tällä virralla on yksi käänteinen vaikutus vaihtovirtageneraattorin (tai synkronigeneraattorin) pääkenttävuotoon. Tätä käänteisvaikutusta kutsutaan armatuurireaktioksi vaihtovirtageneraattorissa tai synkronigeneraattorissa. Toisin sanoen armatuurivuon (staattori) vaikutusta roottorin kenttäpylväiden tuottamaan vuon kutsutaan armatuurireaktioksi.
tiedämme jo, että virtaa kantava johdin tuottaa oman magneettikenttänsä, ja tämä magneettikenttä vaikuttaa vaihtovirtageneraattorin päämagneettikenttään.
sillä on kaksi haittavaikutusta, joko se vääristää pääkenttää tai vähentää pääkentän vuota tai molempia. Ne heikentävät koneen suorituskykyä. Kun kenttä vääristyy, se tunnetaan ristimagnetointivaikutuksena. Kun kenttävuo pienenee, sitä kutsutaan demagnetisoivaksi vaikutukseksi.
sähkömekaaninen energiamuunnos tapahtuu magneettikentän kautta väliaineena. Armatuurijohtimien ja pääkentän välisestä suhteellisesta liikkeestä johtuen emf indusoituu armatuurikäämeihin, joiden suuruus riippuu suhteellisesta nopeudesta ja magneettivuodesta. Armatuurireaktion vuoksi flux vähenee tai vääristyy, myös indusoitu emf vaikuttaa ja siten koneen suorituskyky heikkenee.
Armatuurireaktio Vaihtovirtageneraattorissa
vaihtovirtageneraattorissa, kuten kaikissa muissakin synkronikoneissa, armatuurireaktion vaikutus riippuu tehokertoimesta eli päätejännitteen ja virranvirran vaihesuhteesta.
Loisteholla (viiveellä) tarkoitetaan magneettikentän energiaa, joten jos generaattori tuottaa viiveellä kuormaa, tämä tarkoittaa, että se toimittaa kuormaan magneettista energiaa. Koska tämä teho tulee synkronikoneen eksitaatiosta, nettopoistoteho pienenee generaattorissa.
näin ollen armatuurireaktio demagnetisoituu. Vastaavasti armatuurireaktiolla on magnetoiva vaikutus, kun generaattori toimittaa johtavan kuorman (kun johtava kuorma ottaa johtavan VAR: n) ja antaa vastineeksi lagging VAR: n (magneettisen energian) generaattorille. Puhtaasti resistiivisessä kuormituksessa armatuurireaktio on vain ristimagnetoiva.
vaihtovirtageneraattorin tai synkronigeneraattorin viritysreaktio riippuu vaihtovirtageneraattorin viritysvirran ja indusoidun jännitteen välisestä vaihekulmasta vaihtovirtageneraattorin viritysvirran ja indusoidun jännitteen välillä.
näiden kahden suureen välinen vaihe-ero, ts. Armatuurivirta ja jännite voivat vaihdella välillä – 90o – + 90o
, jos tämä kulma on θ, niin,
jotta ymmärtäisimme tämän kulman todellisen vaikutuksen vaihtovirtageneraattorin armatuurireaktioon, harkitsemme kolmea vakiotapausta,
- Kun θ = 0
- kun θ = 90o
- Kun θ = – 90o
vaihtovirtageneraattorin Armatuurireaktio yhtenäisyyden Tehokertoimella
yhtenäisyyden tehokertoimella, armatuurivirran I ja indusoidun emf E välinen kulma on nolla. Tämä tarkoittaa, virranvirran ja indusoitu emf ovat samassa vaiheessa. Mutta tiedämme teoreettisesti, että EMF indusoituu armatuurissa, – koska pääkenttävuo muuttuu, kytkettynä armatuurijohtimeen.
koska kenttä on DC: n jännittämä, pääkentän vuo on vakio kenttämagneettien suhteen, mutta se vaihtelisi armatuurin suhteen, koska vaihtovirtageneraattorissa kentän ja armatuurin välillä on suhteellinen liike. Jos vaihtovirtageneraattorin pääkenttävuo armatuurin osalta voidaan esittää arvolla
, indusoitu EMF E on verrannollinen arvoon dφf/dt.
näin ollen näistä edellä mainituista yhtälöistä (1) ja (2) on selvää, että kulma φf: n ja indusoidun emf E: n välillä on 90o.
nyt armatuurivuo φa on verrannollinen armatuurivirtaan I. näin ollen armatuurivuo φa on vaiheittain armatuurivirran I kanssa.
taas yhtenäisyyden sähkövoimakerroin I ja E ovat samassa vaiheessa. Joten, yhtenäisyyden teho tekijä, φa on vaihe E. joten tässä tilassa, armature flux on vaiheessa indusoitu emf E ja kentän flux on quadrature E. näin ollen armature flux φa on quadrature pääkentän flux φf.
koska nämä kaksi vuota ovat kohtisuorassa toisiinsa nähden, vaihtovirtageneraattorin armatuurireaktio yhtenäisyyden tehokertoimella on puhtaasti vääristävä tai ristimagnetoiva tyyppi.
koska armatuurivuo työntää pääkenttävuota kohtisuoraan, pääkenttävuon jakauma napapinnan alla ei jää tasaisesti jakaantuneeksi. Vuon tiheys alla perään napa vinkkejä kasvaa jonkin verran, kun taas alla johtava napa vinkkejä se pienenee.
vaihtovirtageneraattorin Viritysreaktio viiveellä Nollatehokertoimella
viiveellä nollatehokertoimella virranvirran viipeellä 90o indusoi emf: n virranvoimakkuudessa.
koska emf indusoituu pääkenttävuossa, emf johtaa pääkenttävuota 90o: lla. yhtälöstä (1) saamme, kenttävuo,
näin ollen, at wt = 0, E on suurin ja φf on nolla.
At wt = 90o, E on nolla ja φf on maksimiarvo.
At wt = 180o, E on maksimi ja φf nolla.
At wt = 270o, E on nolla ja φf: llä on negatiivinen maksimiarvo.
tässä φf sai maksimiarvon 90o ennen E: tä. näin ollen φf johtaa E: tä 90o: lla.
nyt armatuurivirta I on verrannollinen armatuurivuon φa: han, ja I laahaa E: tä 90o: lla. näin ollen φa laahaa E: tä 90o: lla.
voidaan päätellä, että kenttävuo φf johtaa E: tä 90o: lla.
näin ollen armatuurivuon ja kenttävuo toimivat suoraan vastakkain keskenään. Näin ollen vaihtovirtageneraattorin armatuurireaktio viiveellä nollatehokertoimella on puhtaasti demagnetoiva tyyppi. Se tarkoittaa, että virusvuo heikentää pääkentän virtaa.
vaihtovirtageneraattorin Armatuurireaktio johtavassa Tehokertoimessa
johtavassa tehokertoimessa armatuurivirta ”I” johtaa EMF E: tä kulmalla 90o. jälleen olemme osoittaneet, että juuri, kenttävuo φf johtaa, indusoi emf E: tä 90o: lla.
taas, armatuurivuo φa on verrannollinen armatuurivirtaan I. näin ollen φa on vaiheessa I. näin ollen, armatuurivuo φa johtaa myös e, by 90o as I johtaa E: tä 90o: lla.
kuten tässä tapauksessa sekä Armatuurivuo että Kenttävuon Lyijy, indusoitu EMF E 90o: lla, voidaan sanoa, että kenttävuo ja armatuurivuo ovat samassa suunnassa. Näin ollen tuloksena oleva vuo on yksinkertaisesti aritmeettinen kenttävuon ja armatuurivuon summa. Näin ollen voidaan vihdoin sanoa, että laturin puhtaasti johtavan sähkötehokertoimen aiheuttama armatuurireaktio on magnetointityyppi.
Armatuurireaktion luonne
- armatuurireaktion vuo on suuruudeltaan vakio ja pyörii synkronisella nopeudella.
- armatuurireaktio on ristimagnetointi, kun generaattori tuottaa kuorman yhtenäisyyden tehokertoimella.
- kun generaattori tuottaa kuorman johtavalla tehokertoimella, armatuurireaktio on osittain demagnetisoiva ja osittain ristimagnetisoiva.
- kun generaattori tuottaa kuorman johtavalla tehokertoimella, armatuurireaktio on osittain magnetoiva ja osittain ristimagnetoiva.
- Armatuurivuo toimii pääkenttävuosta riippumatta.