Меню

Определить магнитные напряжения синхронных машин



Магнитная цепь синхронной машины

В режиме х.х. синхронной машины, т. е. при от­сутствии тока I1 в обмотке статора, магнитное поле создается лишь МДС обмотки возбуждения Fв0. Форма графика распределения индукции в зазоре явнополюсной машины в этом случае зависит от конфигурации полюсных наконечников полюсов ротора. Для придания этой кривой формы, близкой к синусоидальной, воздушный зазор делают неравно­мерным, увеличивая его на краях полюсных нако­нечников (см. рис. 6.2).

Основной магнитный поток явнополюсной син­хронной машины, замыкаясь в магнитной системе машины, сцепляется с обмоткой статора. Как и в асинхронных неявнополюсных машинах (см. § 11.1), магнитная система явнополюсной синхронной ма­шины представляет собой разветвленную симмет­ричную магнитную систему (рис. 20.1, а), состоя­щую из 2р параллельных ветвей. Каждая из таких ветвей представляет собой неразветвленную маг­нитную цепь, содержащую одну пару полюсов (рис. 20.1, б). Основной магнитный поток Ф, замыкаясь в магнитной цепи, проходит ряд участков (рис. 20.2): воздушный зазор δ, зубцовый слой статора hz1, зубцовый слой ротора hz2, полюс ротора hm, спинку ста­тора L1 и спинку ротора (обод) Lоб.

Сумма магнитных напряжений на всех перечис­ленных участках магнитной цепи определяет МДС обмотки возбуждения на пару полюсов в режиме х.х. (А):

где Fδ, Fz1, Fz2, Fm, Fс1 и Fo6 — соответственно маг­нитные напряжения зазора, зубцовых слоев статора и ротора, полюсов, спинки статора и обода, А.

Порядок расчета магнитных напряжений на уча­стках магнитной цепи в принципе такой же, как и при расчете магнитной цепи асинхронной машины (см. гл. 11). При расчете магнитного напряжения полюсов и спин­ки ротора необходимо иметь в виду, что магнитный поток на этих участках несколько больше основного магнитного потока Ф на величину потока рассеяния ротора Фσ представляющего собой небольшую часть общего потока полюсов Фm не проходящего че­рез зазор δ, замыкающегося в межполюсном пространстве:

где σm — коэффициент магнитного рассеяния полюсов ротора.

Рис. 20.1. Магнитная система явнополюсной синхрон­ной машины

Рис. 20.2. Участки магнитной цепи явнополюсной синхронной машины

Для синхронных явнополюсных машин коэффициент

— коэффициент магнитного насыщения сердечника статора синхронной машины;

— сумма магнитных напряжений в сердечнике статора и воздушном зазоре, А.

Для синхронных явнополюсных машин коэффициент магнит­ного рассеяния полюсов ротора σm = 1,1 ÷ 1,4 в зависимости от сте­пени магнитного насыщения магнитопровода машины и числа по­люсов (с ростом числа полюсов 2р уменьшается межполюсное пространство ротора машины и магнитное рассеяние увеличивает­ся). После расчета магнитной цепи синхронной машины строят магнитную характеристику машины, аналогичную представленной на рис. 11.3. Используя МДС обмотки возбуждения в режиме х.х. ∑ F , путем дополнительных расчетов определяют МДС обмотки возбуждения при нагрузке Fв.н. Обычно Fв.н = (2,0 ÷ 2,2) ∑F .

Читайте также:  Указатель индикатор напряжения testboy 110 testboy германия

Полученное значение МДС Fв.н позволяет рассчитать число витков в полюсной катушке ротора:

где Iв — ток в обмотке возбуждения синхронной машины, А.

Источник

Магнитное состояние машины, определяющее синхронное индуктивное сопротивление по продольной оси. Уравнения напряжений синхронной машины. Модель машины с вращающимися щетками при неподвижной обмотке статора

где – синхронная продольная индуктивность обмотки статора;

– синхронная поперечная индуктивность обмотки статора;

– индуктивность обмотки возбуждения;

– взаимная индуктивность обмоток статора и ротора в продольной оси.

Характерной особенностью полученных уравнений является отсутствие индуктивностей, зависящих от углового положения ротора, т. е. угла . Поэтому при вычислении производных от потокосцепления по времени операция дифференцирования будет относиться только к токам.

Анализ уравнений (1.18) показывает, что в полученных выражениях потокосцеплений нарушено правило взаимности, согласно которому для магнитносвязанных цепей взаимные индуктивности должны быть одинаковы. В выражении для потокосцепления продольного контура статора взаимная индуктивность, определяющая потокосцепление от тока обмотки возбуждения, равна , а в выражении для потокосцепления обмотки возбуждения у взаимная индуктивность оси равна 3/2 . Такое различие в выражениях для индуктивностей, определяющих взаимную индукцию полей статора и ротора, объясняется характером принятых преобразований вида (1.12) и (1.16). Более удобно записывать уравнения потокосцеплений в форме, когда принцип взаимности полностью соответствует в отношении индуктивностей магнитносвязанных цепей ротора и статора. Исходные уравнения (1.19) преобразуются к указанной форме, если вместо действительных токов ротора рассматривать уменьшенные в 2/3 раза и вместо действительных индуктивностей цепей ротора — увеличенные в 3/2 раза. Поскольку уравнения синхронной машины обычно записываются в системе относительных единиц, то необходимые преобразования могут быть сделаны одновременно с введением новых параметров, а уравнения (1.18) представлены как:

В полученных уравнениях для потокосцеплений и (индекс относительности величин в дальнейшем для простоты изложения будем опускать) содержатся названные нами поперечная и продольная индуктивности обмотки статора, математически определяемые через коэффициенты собственных и взаимных индуктивностей фазных обмоток машин, согласно выражениям (1.18). Однако индуктивности и имеют простой физический смысл. Предположим, что к трехфазной сети с симметричными напряжениями подключена синхронная машина с отключенной системой возбуждения ( =0). Если ротор машины вращать с частотой, равной частоте магнитного поля, то ротор и магнитное поле статора будут неподвижны относительно друг друга. Допустим, что в таком синхронном режиме амплитуда магнитного поля совпадает с продольной осью полюсов d. В этом случае будет отсутствовать магнитное поле вдоль оси q, и следовательно, потокосцепление . Таким образом, в рассматриваемом режиме работы машины потокосцепление с обмотками статора будет определяться только величиной Согласно (1.19), равенство может выполняться, только если =0. Поэтому фазные токи статора в данных условиях являются только продольными. Следовательно, индуктивность из первого уравнения (1.19) при ( =0 определится так:

Читайте также:  Как определить базисное напряжение

(1.20)

Поскольку для рассматриваемого случая потокосцепление определяется фазной обмоткой, а ток равен амплитуде фазного тока, то их отношение (1.20) есть индуктивность фазной обмотки. Однако физически – это не просто индуктивность какой-либо фазы, а эквивалентная индуктивность, учитывающая взаимные индуктивности с другими фазами. Если – величина постоянная, то в нашем случае изменение во времени потокосцепления совпадает по фазе с изменением во времени тока. Вследствие этого отношение (1.20) потока к току получается величиной неизменной при вращении ротора.

Таким образом, величина с физической точки зрения представляет индуктивность фазной обмотки статора при протекании по обмоткам статора симметричных синусоидальных токов прямой последовательности, вращении ротора с синхронной частотой и ориентации поля токов статора по продольной оси. Соответствующее сопротивление называется синхронным индуктивным сопротивлением по продольной оси. На рис. 1.8 показаны состояние обмоток машины (а) и условная картина магнитного поля (б), соответствующая сопротивлению обмотки статора, равному Следует отметить, что при принятых условиях магнитный поток относительно ротора неподвижен, и поэтому он и потокосцепление обмотки возбуждения не меняются в зависимости от состояния обмотки, замкнута она или, как показано на рис. 1.8, а, разомкнута. Если при принятом режиме ориентации магнитного поля по оси d (рис. 1.8, б) выполнить замеры фазного напряжения , тока и мощности синхронной машины, то можно определить полное, активное и индуктивное сопротивления

Источник

Глава 20

Магнитное поле и характеристики синхронных генераторов

§ 20.1. Магнитная цепь синхронной машины

В режиме х.х. синхронной машины, т. е. при от­сутствии тока I1 в обмотке статора, магнитное поле создается лишь МДС обмотки возбуждения Fв0. Форма графика распределения индукции в зазоре явнополюсной машины в этом случае зависит от конфигурации полюсных наконечников полюсов ротора. Для придания этой кривой формы, близкой к синусоидальной, воздушный зазор делают неравно­мерным, увеличивая его на краях полюсных нако­нечников (см. рис. 6.2).

Основной магнитный поток явнополюсной син­хронной машины, замыкаясь в магнитной системе машины, сцепляется с обмоткой статора. Как и в асинхронных неявнополюсных машинах (см. § 11.1), магнитная система явнополюсной синхронной ма­шины представляет собой разветвленную симмет­ричную магнитную систему (рис. 20.1, а), состоя­щую из 2р параллельных ветвей. Каждая из таких ветвей представляет собой неразветвленную маг­нитную цепь, содержащую одну пару полюсов (рис. 20.1, б). Основной магнитный поток Ф, замыкаясь в магнитной цепи, проходит ряд участков (рис. 20.2): воздушный зазор δ, зубцовый слой статора hz1, зубцовый слой ротора hz2, полюс ротора hm, спинку ста­тора L1 и спинку ротора (обод) Lоб.

Читайте также:  Законы гармонических колебаний для силы тока напряжения заряда

Сумма магнитных напряжений на всех перечис­ленных участках магнитной цепи определяет МДС обмотки возбуждения на пару полюсов в режиме х.х. (А):

Fво = ∑ F = 2Fδ + 2Fz1 +2Fz2 + 2Fm + Fc1 + Fоб, (20.1)

где Fδ, Fz1, Fz2, Fm, Fс1 и Fo6 — соответственно маг­нитные напряжения зазора, зубцовых слоев статора и ротора, полюсов, спинки статора и обода, А.

Порядок расчета магнитных напряжений на уча­стках магнитной цепи в принципе такой же, как и при расчете магнитной цепи асинхронной машины (см. гл. 11). При расчете магнитного напряжения полюсов и спин­ки ротора необходимо иметь в виду, что магнитный поток на этих участках несколько больше основного магнитного потока Ф на величину потока рассеяния ротора Фσ представляющего собой небольшую часть общего потока полюсов Фm не проходящего че­рез зазор δ, замыкающегося в межполюсном пространстве:

Фm = Ф + Фσ = Ф(1 + Ф/ Фσ) = Фσm , (20.2)

где σm — коэффициент магнитного рассеяния полюсов ротора.

Рис. 20.1. Магнитная система явнополюсной синхрон­ной машины

Рис. 20.2. Участки магнитной цепи явнополюсной синхронной машины

Для синхронных явнополюсных машин коэффициент

σm = 1 + 0,2 kμ1 (20.3)

kμ1 = F10 / (2Fδ) (20.4)

— коэффициент магнитного насыщения сердечника статора синхронной машины;

F10 = 2 Fδ +2Fz1 + Fc1

— сумма магнитных напряжений в сердечнике статора и воздушном зазоре, А.

Для синхронных явнополюсных машин коэффициент магнит­ного рассеяния полюсов ротора σm = 1,1 ÷ 1,4 в зависимости от сте­пени магнитного насыщения магнитопровода машины и числа по­люсов (с ростом числа полюсов 2р уменьшается межполюсное пространство ротора машины и магнитное рассеяние увеличивает­ся). После расчета магнитной цепи синхронной машины строят магнитную характеристику машины, аналогичную представленной на рис. 11.3. Используя МДС обмотки возбуждения в режиме х.х. ∑ F , путем дополнительных расчетов определяют МДС обмотки возбуждения при нагрузке Fв.н. Обычно Fв.н = (2,0 ÷ 2,2) ∑F .

Полученное значение МДС Fв.н позволяет рассчитать число витков в полюсной катушке ротора:

Wк.в = Fв.н / (2Iв), (20.5)

где Iв — ток в обмотке возбуждения синхронной машины, А.

Источник