Магнитное поле. 
Синхронные машины

При нагрузке обмотки якоря синхронной машины током она создает собственное магнитное поле, которое называется полем реакции якоря.

Реакция якоря синхронной машины оказывает весьма значительное влияние на характеристики и поведение синхронной машины как при установившихся, так и при переходных режимах работы.

Продольная и поперечная реакции якоря. Рассмотрим действие реакции якоря двухполюсной машины, работающей в режиме генератора, при установившемся режиме. На рис.10−4 каждая фаза обмотки изображена в виде одного витка с полным шагом (A-X, B-Y, C-Z), буквами N, S указана полярность поля возбуждения, а магнитные линии этого поля не показаны.

Когда угол сдвига фаз ш между током якоря и ЭДС, индуктируемой в обмотке якоря током или полем возбуждения, равен нулю (рис. 10−4,а), ротор вращается с угловой скоростью.

.

и при положении ротора, изображенном на рис.10−4,а, ЭДС фазы, А максимальна. Так как ш=0, то ток этой фазы также максимален и.

i_a=I_m; i_b=i_c=-I_m.

Направления токов i_a, i_b, i_c нетрудно установить по правилу правой руки, и они указаны на рисунке крестиками и точками. При этих направлениях токов магнитные линии поля реакции якоря направлены, как показано на рис.10−4,а, поперек оси d. следовательно, поток реакции якоря Ф_а действует по поперечной оси. Такой характер поля реакции якоря при ш=0 сохраняется при любом положении вращающегося ротора, так как ротор и поле реакции якоря вращаются синхронно.

Следовательно, при ш=0 реакция якоря синхронной машины является чисто поперечной.

Поперечная реакция якоря вызывает искажение кривой поля в воздушном зазоре, как и в машинах постоянного тока, и вращающееся поле поперечной реакции индуктирует ЭДС в обмотке якоря.

Если ток отстает от ЭДС на ш=90⁰, то максимум тока в фазе, А наступает по сравнению с предыдущем случаем, на четверть периода позднее, когда ротор повернется по часовой стрелке (рис. 10−4, б). Здесь токи фаз имеют такие же значения, как и на рис. 10−4, а, вследствие чего и ориентация магнитного потока якоря в пространстве является такой же.

Следовательно, при отстающем токе и ш=90⁰ реакция якоря действует по продольной оси и является по отношению к полю возбуждения чисто размагничивающей (продольная размагничивающая реакция якоря).

Если ток опережает ЭДС на ш=-90⁰, то максимум тока в фазе, А наступает по сравнению со случаем на рис.10−4, а на четверть периода раньше и в этот момент времени ротор занимает по сравнению с первым случаем положение, повернутое на 90⁰ против направления вращения (рис.10−4,в). Токи фаз имеют такие же значения, как и ранее.

Следовательно, при опережающем токе и ш=-90⁰ реакция якоря также действует по продольной оси, но является по отношению к полю возбуждения чисто намагничивающей, т. е. она увеличивает поток по продольной оси машины (продольная намагничивающая реакция якоря).

В связи с изменением результирующего сопротивления воздушного зазора при различных режимах синхронной машины при анализе ее работы используют так называемый метод двух реакций. Согласно этому методу, МДС якоря F_a в общем случае представляют в виде суммы двух составляющих—продольной F_aq = F_asinш и поперечной F_aq = F_acosш, причем В соответствии с принятым методом ток якоря I_а, создающий МДС F_a, также представляют в виде двух составляющих — продольной I_d и поперечной I_q