А) Обратно-синхронное поле

Обратно-синхронное поле, вызванное обратной н.с статора, не будет иметь, как увидим, постоянной амплитуды.

Если бы были одинаковы магнитные проводимости и электрические цепи ротора по его продольной и поперечной осям, то мы могли бы считать, что работа синхронной машины по отношению к токам обратной последовательности подобна работе асинхронной машины в режиме тормоза при скольжении s = 2. В действительности мы должны учесть как различие магнитных цепей, так и различие электрических контуров ротора по его продольной и поперечной осям. Вследствие указанного различия обратно вращающееся поле будет непостоянным. Оно будет изменяться в зависимости от положения его оси относительно оси полюсов.

В машине с цилиндрическим массивным ротором при разомкнутой обмотке возбуждения обратное поле практически не будет изменяться, так как здесь магнитные проводимости по продольной и поперечной осям ротора почти одинаковы. Поле будет в большой степени заглушаться вихревыми токами, наведенными им в массивном роторе. При замкнутой обмотке возбуждения обратное поле по продольной оси будет ослабляться в большей степени, чем по поперечной оси, так как н.с. от токов двойной частоты, наведенных в обмотке возбуждения, будет действовать против обратной н.с. при совпадении ее оси с осью полюсов. Все же различие обратного поля по продольной и поперечной осям ротора и в этом случае получается относительно небольшое, так как основное заглушающее действие оказывают вихревые токи, наведенные в массивном роторе.

Обратимся к явнополюсной машине, и будем считать, что ее полюсы и ярмо ротора собраны из листов и что на полюсах помещена только одна обмотка возбуждения.

Для более подробного рассмотрения действия обратной н.с. статора, вращающейся относительно ротора с двойной синхронной частотой, целесообразно заменить ее двумя пульсирующими с двойной частотой н.с., связанными с вращающимся ротором. Обе эти пульсирующие н.с. должны иметь амплитуды, равные амплитуде обратной н.с. статора, и быть сдвинутыми в пространстве и во времени на 90°. Тогда, очевидно, их результирующая дает исходную обратную н.с. статора. Будем считать, что одна из пульсирующих н.с., связанных с ротором, пульсирует по продольной оси, а другая по поперечной оси. Первую назовем продольно пульсирующей составляющей, а вторую — поперечно пульсирующей составляющей обратной н.с. статора.

Продольно пульсирующая н.с, вызывает пульсирующее с двойной частотой продольное поле. Оно будет в большой степени заглушаться действием токов, наведенных им в обмотке возбуждения. В результате наложения переменного тока на постоянный кривая тока в обмотке возбуждения будет иметь вид, представленный на рис. 4-44. Поэтому при измерении тока возбуждения магнитоэлектрическим амперметром показание его будет меньше, чем при измерении того же тока каким-либо другим амперметром, например тепловым или электродинамическим.

Рис. 4-44. Кривая тока в обмотке возбуждения при наличии обратного поля

Поле, вызванное поперечно пульсирующей составляющей обратной н.с. статора, будет ослабляться в небольшой степени, так как вихревые токи, возникающие в стальных листах ротора, будут создавать лишь незначительную противодействующую н.с. Следовательно, результирующая поперечно пульсирующая н.с. будет больше, чем результирующая продольно пульсирующая н.с.

Чтобы выяснить действие результирующей поперечно пульсирующей н.с., заменим ее двумя н.с., вращающимися относительно ротора в разные стороны с двойной синхронной частотой 2п. Так как сам ротор вращается с синхронной частотой, то одна из указанных вращающихся н.с. будет вращаться относительно статора с частотой -2п+п = - п, т. е. с синхронной частотой в обратную сторону относительно статора, а другая — с частотой 2п+п = 3п, т. е. с тройной синхронной частотой. Первая н.с. создает поле, которое наводит в обмотке статора э.д.с. номинальной частоты, но обратной последовательности; вторая н.с. создает поле, которое наводит в обмотке статора э.д.с. тройной частоты. Эти э.д.с. тройной частоты, наведенные в фазах обмотки статора, будут сдвинуты по фазе на 120°; следовательно, они будут проявляться как в фазных, так и в междуфазных напряжениях. Их следует отличать от э.д.с., наведенных третьими гармониками поля. Можно себе представить, что рассматриваемые э.д.с. тройной частоты создаются полем ротора с тем же числом полюсов, какое он имеет, но вращающимся с тройной синхронной частотой.

Для того чтобы работа генератора при наличии токов обратной последовательности могла быть удовлетворительной, необходимо ослабить поле, создаваемое поперечно пульсирующей н.с. Вместе с тем желательно, чтобы поле, создаваемое продольно пульсирующей н.с., заглушалось не токами в обмотке возбуждения, а токами в другой обмотке, специально для этого устроенной. В этом случае удается почти совершенно избавиться от токов двойной частоты в обмотке возбуждения, ухудшающих условия коммутации возбудителя. Для ослабления указанных вредных действий обратной н.с. статора на роторе устраивается особая обмотка, называемая успокоительной. Она, как будет показано в дальнейшем, часто имеет и другое назначение.