Электромагнитный момент синхронного генератора

В 6.18 было показано, что преобразование механической энергии в электрическую происходит в процессе преодоления противодействующего электромагнитного момента М,'_м вращающим моментом первичного двигателя. Однако если в якоре генератора существует чисто индуктивный или чисто емкостный ток, то суммарный электромагнитный противодействующий момент будет равен нулю, несмотря на то что на каждый проводник якорной обмотки, находящийся в магнитном поле ротора, будет действовать электромагнитная сила. Это объясняется тем, что силы, действующие на проводники якорной обмотки, взаимно уравновешивают друг друга. В этом можно убедиться, рассмотрев рисунок 6.21.1, где показано распределение токов в обмотке якоря и положение ротора при чисто индуктивной нагрузке генератора.

Рис. 6.21.1.

С помощью линий магнитной индукции изображено поле ротора и указаны направления электромагнитных сил, найденные по правилу левой руки. На проводники 1 и 4 электромагнитные силы не действуют, так как в местах их расположения магнитная индукция поля ротора равна нулю, а силы, действующие на проводники 2−5 и 3−6, взаимно уравновешивают друг друга, и суммарный электромагнитный момент М_9Ы равен нулю. Нулю будет равен и противодействующий электромагнитный момент М[_ы. Аналогичное явление имеет место и при чисто емкостной нагрузке (рис. 6.21.2).

Рис. 6.21.2.

При активной нагрузке генератора и пренебрежении индуктивным сопротивлением якоря ток / совпадает по фазе с ЭДС Е₀ генератора. В этом случае центр полюса ротора совпадает с плоскостью витка, где ЭДС и ток имеют максимальное значение (рис. 6.21.3). Электромагнитные силы, действующие на все проводники роторной обмотки, имеют одинаковое направление и создают суммарный электромагнитный момент М_зы, отличный от нуля.

В случае, когда угол сдвига фаз if/ между током I и ЭДС Е больше нуля и меньше 90°, то вектор тока можно разложить на активную и реактивную составляющие: активная составляющая тока создает тормозной электромагнитный момент и слабо влияет на поле возбуждения, а реактивная составляющая тока оказывает существенное влияние на это поле.

Рассмотрев условия возникновения электромагнитного тормозного момента, найдем аналитическую зависимость электромагнитного момента от величин, характеризующих режим работы генератора. Это можно сделать, используя упрощенную векторную диаграмму синхронного генератора, описанную в 6.19. Пренебрегая потерями в генераторе, будем считать, что при постоянной скорости вращения электромагнитный момент М,_м генератора и механический момент М_нп, развиваемый первичным двигателем на валу, равны друг другу:

Электрическая (электромагнитная) мощность трехфазного генератора.

Из векторной диаграммы (рис. 6.21.4).

Рис. 6.21.3.

Рис. 6.21.4.

следует, что

или.

Тогда.

При неизменных значениях Е₀и U изменение активной мощности генератора или электромагнитного момента возможно только при изменении угла 0 — угла сдвига оси полюсов ротора относительно оси полюсов статора.