każda obrotowa maszyna elektryczna działa w oparciu o prawo Faradaya. Każda maszyna elektryczna wymaga pola magnetycznego i cewki (zwanej zworą) o względnym ruchu między nimi. W przypadku alternatora dostarczamy energię elektryczną do Bieguna w celu wytworzenia pola magnetycznego, a moc wyjściowa jest pobierana z armatury. Ze względu na względny ruch między polem a twornikiem, przewód twornika odcina strumień pola magnetycznego, a zatem nastąpi zmiana wiązania strumienia z tymi przewodnikami twornika. Zgodnie z prawem indukcji elektromagnetycznej Faradaya w tworniku będzie indukowany emf. Tak więc, gdy tylko obciążenie jest połączone z zaciskami twornika, w cewce twornika płynie prąd.
gdy tylko prąd zacznie przepływać przez przewód twornika, następuje jeden odwrotny wpływ tego prądu na główny strumień pola alternatora (lub generatora synchronicznego). Ten efekt odwrotny jest określany jako reakcja twornika w alternatorze lub generatorze synchronicznym. Innymi słowy, wpływ strumienia twornika (stojana) na strumień wytwarzany przez słupy pola wirnika nazywa się reakcją twornika.
wiemy już, że przewód przewodzący prąd wytwarza własne pole magnetyczne, a to pole magnetyczne wpływa na główne pole magnetyczne alternatora.
ma dwa niepożądane efekty, albo zniekształca pole główne, albo zmniejsza strumień pola głównego lub oba. Pogarszają wydajność maszyny. Gdy pole zostaje zniekształcone, jest to znane jako efekt magnetyzacji krzyżowej. A kiedy strumień pola zostaje zmniejszony, jest znany jako efekt rozmagnesowania.
elektromechaniczna Konwersja energii odbywa się poprzez pole magnetyczne jako medium. Ze względu na względny ruch między przewodnikami twornika a polem głównym, w uzwojeniach twornika indukowany jest emf, którego wielkość zależy od względnej prędkości i strumienia magnetycznego. Ze względu na reakcję twornika, strumień jest zredukowany lub zniekształcony, wpływ ma również indukowany emf netto, a tym samym wydajność maszyny ulega pogorszeniu.
reakcja twornika w alternatorze
w alternatorze, podobnie jak wszystkie inne maszyny synchroniczne, efekt reakcji twornika zależy od współczynnika mocy, tj.
moc bierna (opóźnienie) to energia pola magnetycznego, więc jeśli generator dostarcza ładunek opóźniony, oznacza to, że dostarcza energię magnetyczną do obciążenia. Ponieważ moc ta pochodzi z wzbudzenia maszyny synchronicznej, moc bierna netto zostaje zmniejszona w generatorze.
stąd reakcja twornika rozmagnesowuje się. Podobnie reakcja twornika ma efekt namagnesowania, gdy generator dostarcza obciążenie wiodące (ponieważ obciążenie wiodące przyjmuje wiodący VAR), a w zamian daje opóźnioną VAR (energię magnetyczną) generatorowi. W przypadku obciążenia czysto rezystancyjnego reakcja twornika jest tylko magnetyzowaniem krzyżowym.
reakcja twornika alternatora lub generatora synchronicznego zależy od kąta fazowego między prądem twornika stojana i indukowanym napięciem na uzwojeniu twornika alternatora.
różnica faz między tymi dwiema wielkościami, tj. Prąd i napięcie armatury mogą się różnić od – 90o do + 90o
jeśli kąt ten wynosi θ, to,
aby zrozumieć rzeczywisty wpływ tego kąta na reakcję twornika alternatora, rozważymy trzy standardowe przypadki,
- gdy θ = 0
- gdy θ = 90o
- gdy θ = – 90o
reakcja twornika alternatora przy współczynniku mocy jedności
przy współczynniku mocy jedności, kąt między prądem twornika I a indukowanym emf E wynosi zero. Oznacza to, że prąd zwory i indukowany emf są w tej samej fazie. Ale teoretycznie wiemy, że EMF indukowany w zworniku jest spowodowany zmianą głównego strumienia pola, połączonego z przewodnikiem zwornika.
ponieważ pole jest wzbudzone przez DC, główny strumień pola jest stały w odniesieniu do magnesów pola, ale byłby naprzemienny w odniesieniu do twornika, ponieważ istnieje względny ruch między polem a twornikiem w alternatorze. Jeżeli główny strumień pola alternatora w odniesieniu do twornika można przedstawić jako
, to indukowany emf E w całej twornicy jest proporcjonalny do, dφf/dt.
stąd, z powyższych równań (1) i (2) jest jasne, że kąt pomiędzy, φf i indukowanym emf E będzie wynosił 90o.
teraz, strumień twornika φa jest proporcjonalny do prądu twornika I. stąd, strumień twornika φa jest w fazie z prądem twornika I.
ponownie przy jedności współczynnik mocy elektrycznej I I E są w tej samej fazie. Tak więc, przy współczynniku mocy jedności, φa jest fazą z E. tak więc w tym stanie, strumień twornika jest w fazie z indukowanym emf E, a strumień pola jest kwadraturą z E. stąd, strumień twornika φa jest kwadraturą z głównym strumieniem pola φf.
ponieważ te dwa topniki są prostopadłe do siebie, reakcja twornika alternatora przy współczynniku mocy jedności jest czysto zniekształcająca lub krzyżowo magnetyzująca.
ponieważ strumień twornika popycha główny strumień pola prostopadle, rozkład głównego strumienia pola pod powierzchnią słupa nie pozostaje równomiernie rozłożony. Gęstość strumienia pod końcówkami bieguna końcowego zwiększa się nieco, podczas gdy pod końcówkami bieguna wiodącego zmniejsza się.
reakcja twornika alternatora przy opóźnieniu zerowym współczynniku mocy
przy opóźnieniu zerowym współczynniku mocy elektrycznej prąd twornika pozostaje o 90o do indukowanego pola elektromagnetycznego w tworniku.
ponieważ pem indukowany w cewce armatury przez Główny strumień pola, pem prowadzi główny strumień pola o 90o. z równania (1) otrzymujemy strumień pola,
stąd, przy wt = 0, E jest maksymalne, a φf jest równe zero.
przy wt = 90o, E jest równe zero, a φf ma wartość maksymalną.
przy wt = 180o, E jest maksimum i φf zero.
przy wt = 270o, E jest równe zero, a φf ma ujemną wartość maksymalną.
tutaj φf ma maksymalną wartość 90o przed E. stąd φf prowadzi E o 90o.
teraz prąd twornika I jest proporcjonalny do strumienia twornika φa, a I pozostaje E o 90o. stąd φa pozostaje e o 90o.
można więc wnioskować, że strumień pola φf prowadzi E o 90o.
dlatego strumień twornika i strumień pola działają naprzeciwko siebie. Tak więc reakcja twornika alternatora przy zerowym współczynniku mocy jest typem czysto rozmagnesowującym. Oznacza to, że strumień armatury bezpośrednio osłabia strumień pola głównego.
reakcja twornika alternatora przy współczynniku mocy wiodącej
w Warunkach współczynnika mocy wiodącej, prąd twornika „I” prowadzi indukowany emf e o kąt 90o. ponownie pokazaliśmy tylko, strumień pola φf prowadzi, indukowany emf e o 90o.
ponownie, strumień twornika φa jest proporcjonalny do prądu twornika I. stąd φa jest w fazie z I. stąd strumień twornika φa prowadzi również E, o 90o jako i prowadzi e o 90o.
tak jak w tym przypadku zarówno strumień twornika, jak i strumień pola, indukowany EMF e o 90o, można powiedzieć, strumień pola i strumień twornika są w tym samym kierunku. Stąd strumień wynikowy jest po prostu arytmetyczną sumą strumienia pola i strumienia twornika. Stąd wreszcie można powiedzieć, że reakcja twornika alternatora ze względu na czysto wiodący współczynnik mocy elektrycznej jest typem namagnesowania.
charakter reakcji twornika
- strumień reakcji twornika jest stały i obraca się z prędkością synchroniczną.
- reakcja twornika jest krzyżowa, gdy generator dostarcza obciążenie przy współczynniku mocy jedności.
- gdy generator dostarcza obciążenie przy wiodącym współczynniku mocy, reakcja twornika jest częściowo rozmagnesowywana, a częściowo magnetyzowana krzyżowo.
- gdy generator dostarcza obciążenie przy wiodącym współczynniku mocy, reakcja twornika jest częściowo namagnesowana, a częściowo namagnesowana krzyżowo.
- strumień armatury działa niezależnie od strumienia pola głównego.