Ogni macchina elettrica rotante funziona in base alla legge di Faraday. Ogni macchina elettrica richiede un campo magnetico e una bobina (nota come armatura) con un movimento relativo tra di loro. Nel caso di un alternatore, forniamo l’elettricità al palo per produrre il campo magnetico e la potenza di uscita è presa dall’armatura. A causa del movimento relativo tra campo e armatura, il conduttore delle armature taglia il flusso del campo magnetico e quindi ci sarebbe un cambiamento del collegamento del flusso con questi conduttori di armatura. Secondo la legge di Faraday dell’induzione elettromagnetica ci sarebbe un emf indotto nell’armatura. Pertanto, non appena il carico è collegato ai terminali dell’armatura, c’è una corrente che scorre nella bobina dell’armatura.
Non appena la corrente inizia a fluire attraverso il conduttore dell’armatura, si verifica un effetto inverso di questa corrente sul flusso di campo principale dell’alternatore (o generatore sincrono). Questo effetto inverso è indicato come reazione di armatura in alternatore o generatore sincrono. In altre parole, l’effetto del flusso di armatura (statore) sul flusso prodotto dai poli del campo del rotore è chiamato reazione di armatura.
Sappiamo già che un conduttore che trasporta corrente produce il proprio campo magnetico e questo campo magnetico influenza il campo magnetico principale dell’alternatore.
Ha due effetti indesiderati, o distorce il campo principale, o riduce il flusso di campo principale o entrambi. Deteriorano le prestazioni della macchina. Quando il campo viene distorto, è noto come effetto di magnetizzazione incrociata. E quando il flusso di campo viene ridotto, è noto come effetto smagnetizzante.
La conversione elettromeccanica dell’energia avviene attraverso il campo magnetico come mezzo. A causa del movimento relativo tra i conduttori dell’armatura e il campo principale, un emf viene indotto negli avvolgimenti dell’armatura la cui grandezza dipende dalla velocità relativa e dal flusso magnetico. A causa della reazione dell’armatura, il flusso è ridotto o distorto, anche l’emf netto indotto è influenzato e quindi le prestazioni della macchina si degradano.
Reazione dell’armatura in alternatore
In un alternatore come tutte le altre macchine sincrone, l’effetto della reazione dell’armatura dipende dal fattore di potenza, ovvero dalla relazione di fase tra la tensione del terminale e la corrente dell’armatura.
La potenza reattiva (in ritardo) è l’energia del campo magnetico, quindi se il generatore fornisce un carico in ritardo, ciò implica che fornisce energia magnetica al carico. Poiché questa potenza proviene dall’eccitazione della macchina sincrona, la potenza reattiva netta viene ridotta nel generatore.
Quindi, la reazione dell’armatura sta smagnetizzando. Allo stesso modo, la reazione dell’armatura ha un effetto magnetizzante quando il generatore fornisce un carico principale (poiché il carico principale prende il VAR principale) e in cambio dà VAR in ritardo (energia magnetica) al generatore. In caso di carico puramente resistivo, la reazione dell’armatura è solo magnetizzazione incrociata.
La reazione dell’armatura dell’alternatore o del generatore sincrono, dipende dall’angolo di fase fra, la corrente dell’armatura dello statore e la tensione indotta attraverso l’avvolgimento dell’armatura dell’alternatore.
La differenza di fase tra queste due quantità, cioè La corrente di armatura e la tensione può variare da 90 ° a + 90 °
Se questo angolo θ, quindi,
Per capire il reale effetto di questo angolo di armatura reazione di alternatore, consideriamo tre casi standard,
- Quando θ = 0
- Quando θ = 90 °
- Quando θ = – 90o
Armature Reazione di Alternatore a Fattore di Potenza unitario
A fattore di potenza unitario, l’angolo tra la corrente di armatura io e fem indotta E, è pari a zero. Ciò significa che la corrente di armatura e l’emf indotta sono nella stessa fase. Ma sappiamo teoricamente che l’emf indotto nell’armatura è dovuto al cambiamento del flusso di campo principale, collegato al conduttore dell’armatura.
Poiché il campo è eccitato dalla CC, il flusso di campo principale è costante rispetto ai magneti di campo, ma si alternerebbe rispetto all’armatura in quanto vi è un movimento relativo tra campo e armatura nell’alternatore. Se il flusso di campo principale dell’alternatore rispetto all’armatura può essere rappresentato come
, l’emf E indotto attraverso l’armatura è proporzionale a, dφf/dt.
Quindi, da queste due equazioni (1) e (2) è chiaro che l’angolo tra, φf e fem indotta E sarà 90o.
Ora, armatura flusso φa è proporzionale alla corrente di armatura I. Quindi, armatura flusso φa è in fase con la corrente di armatura I.
di Nuovo all’unità elettrica fattore di potenza I e e sono nella stessa fase. Quindi, al fattore di potenza dell’unità, φa è fase con E. Quindi a questa condizione, il flusso di armatura è in fase con emf indotto E e il flusso di campo è in quadratura con E. Quindi, il flusso di armatura φa è in quadratura con flusso di campo principale φf.
Poiché questi due flussi sono perpendicolari tra loro, la reazione di armatura dell’alternatore al fattore di potenza dell’unità è puramente distorcente o di tipo cross-magnetizzante.
Poiché il flusso di armatura spinge perpendicolarmente il flusso di campo principale, la distribuzione del flusso di campo principale sotto una faccia polare non rimane uniformemente distribuita. La densità di flusso sotto le punte dei poli finali aumenta leggermente mentre sotto le punte dei poli principali diminuisce.
Reazione dell’armatura dell’alternatore al fattore di potenza zero in ritardo
Al fattore di potenza elettrica zero in ritardo, la corrente dell’armatura ritarda di 90o all’emf indotto nell’armatura.
Come l’emf indotta nella bobina di armatura a causa del flusso di campo principale, l’emf conduce il flusso di campo principale di 90o. Dall’equazione (1) otteniamo, il flusso di campo,
Quindi, a wt = 0, E è massimo e φf è zero.
A wt = 90o, E è zero e φf ha il valore massimo.
A wt = 180o, E è massimo e φf zero.
A wt = 270o, E è zero e φf ha valore massimo negativo.
Qui, φf ha ottenuto il valore massimo 90o prima di E. Quindi φf conduce E di 90o.
Ora, la corrente di armatura I è proporzionale al flusso di armatura φa, e I ritarda E di 90o. Quindi, φa ritarda E di 90o.
Quindi, si può concludere che, il flusso di campo φf conduce E di 90o.
Pertanto, il flusso di armatura e il flusso di Pertanto, la reazione dell’armatura dell’alternatore a un fattore di potenza zero in ritardo è un tipo puramente demagnetizzante. Ciò significa che il flusso dell’armatura indebolisce direttamente il flusso del campo principale.
Armature Reazione di Alternatore a Fattore di Potenza
A fattore di potenza in condizione, la corrente di armatura “I” porta fem indotta E da un angolo di 90o. Ancora una volta, abbiamo dimostrato, di flusso di campo φf porta, indotta emf E di 90o.
di Nuovo, armatura flusso φa è proporzionale alla corrente di armatura I. Quindi, φa è in fase con I. Quindi, armatura flusso φa porta anche E, di 90 ° come mi conduce E da 90o.
, Come in questo caso l’armatura di flusso e flusso di campo piombo, indotta emf E di 90°, si può dire, di flusso di campo e l’armatura di flusso sono nella stessa direzione. Quindi, il flusso risultante è semplicemente somma aritmetica del flusso di campo e del flusso di armatura. Quindi, finalmente, si può dire che la reazione di armatura dell’alternatore a causa di un fattore di potenza elettrica puramente principale è il tipo di magnetizzazione.
Natura della reazione dell’armatura
- Il flusso di reazione dell’armatura è costante in grandezza e ruota a velocità sincrona.
- La reazione dell’armatura è magnetizzazione trasversale quando il generatore fornisce un carico al fattore di potenza dell’unità.
- Quando il generatore fornisce un carico al fattore di potenza principale, la reazione dell’armatura è in parte demagnetizzante e in parte magnetizzante incrociato.
- Quando il generatore fornisce un carico al fattore di potenza principale, la reazione dell’armatura è in parte magnetizzante e in parte magnetizzante incrociato.
- Il flusso di armatura agisce indipendentemente dal flusso di campo principale.