 |
Расчет магнитной цепи при нагрузке.
|
|
|
|
Основные положения. При нагрузке обмотка статора создает поле реакции якоря. Из-за неравномерности воздушного зазора и соответственно магнитного сопротивления вдоль окружности расточки статора явнополюсных синхронных машин возникаетнеобходимость рассматривать действие реакции якоря 
по продольной 
и поперечной 
осям в отдельности. При этом 
, 
. Здесь 
- угол сдвига между током якоря 
и ЭДС 
, наведенной результирующим продольным потоком.
МДС обмотки возбуждения при нагрузке можно определить, используя векторную диаграмму Блонделя и частичные характеристики намагничивания машины.
При построении векторной диаграммы для определения ЭДС, наведенных полями реакции якоря, используют характеристику х. х. При этом МДС 
и 
обмотки статора за меняют эквивалентными по своему действию МДС 
и 
обмотки возбуждения, вводя коэффициенты 
и 
. Значения коэффициентов и в зависимости от величины полюсной дуги 
при разных величинах форме воздушного зазора 
(без учета насыщения) приведены в табл. 11-4.
Таблица 11-4.
|
| Значения коэффициентов при | |||||||||
| 
| 
| ||||||||
 =0
| 0,01 | 0,03 | =0
| 0,01 | 0,03 | =0
| 0,01 | 0,03 | ||
| Коэффициент
| ||||||||||
| 0,5 | 0,91 | 0,90 | 0,89 | 0,93 | 0,92 | 0,91 | 0,93 | 0,92 | 0,91 | |
| 0,6 | 0,88 | 0,87 | 0,86 | 0,90 | 0,89 | 0,88 | 0,90 | 0,89 | 0,88 | |
| 0,7 | 0,85 | 0,84 | 0,83 | 0,87 | 0,86 | 0,86 | 0,88 | 0,87 | 0,87 | |
| 0,8 | 0,82 | 0,81 | 0,80 | 0,85 | 0,84 | 0,84 | 0,85 | 0,84 | 0,84 | |
| 0,9 | 0,80 | 0,80 | 0,79 | 0,83 | 0,82 | 0,82 | 0,83 | 0,82 | 0,82 | |
| Коэффициент
| ||||||||||
| 0,5 | 0,2 | 0,27 | 0,35 | 0,18 | 0,25 | 0,24 | 0,17 | 0,23 | 0,33 | |
| 0,6 | 0,29 | 0,35 | 0,42 | 0,25 | 0,32 | 0,40 | 0,22 | 0,30 | 0,38 | |
| 0,7 | 0,39 | 0,44 | 0,51 | 0,35 | 0,40 | 0,48 | 0,31 | 0,37 | 0,44 | |
| 0,8 | 0,50 | 0,55 | 0,61 | 0,45 | 0,50 | 0,56 | 0,40 | 0,45 | 0,51 | |
| 0,9 | 0,64 | 0,68 | 0,71 | 0,56 | 0,61 | 0,63 | 0,50 | 0,53 | 0,57 |
Насыщение магнитной цепи уменьшает первую гармонику продольного поля. При определении 
и 
насыщение обычно учитывают приближенно введением поправочных коэффициентов 
и 
, значения которых в зависимости от степени насыщения, выраженной отношением 
(при отношении зазоров 
), приведены на рис. 11-17.
|
|
|
Рис.11-17. Зависимость 
1 – при 
2 – при 
3 - 
Влияние поперечного поля на величину первой гармоники продольного поля равноценно действию добавочной МДС 
: при концентричном зазоре
; (11-122)
при эксцентричном зазоре
. (11-123)
Значения коэффициента 
приведены на рис. 11-17.
Продольная МДС, соответствующая продольной МДС реакции якоря с учетом поперечного поля, будет
. (11-124)
Необходимая величина МДС обмотки возбуждения при нагрузке определяется суммой МДС 
, необходимой для создания продольного магнитного потока в воздушном зазоре (которой в свою очередь наводит в обмотке статора ЭДС ), продольной МДС 
и МДС для роторных участков магнитной цепи 
.
Расчет МДС возбуждения при нагрузке. Режим нагрузки синхронной машины определяется фазным током , фазным напряжением 
и коэффициентом мощности 
. Для определения потока рассеяния полюсов при нагрузке используют частичные характеристики намагничивания (рис. 11-18)*: 
, 
и 
.
Рис. 11-18. Частотные характеристики намагничивания к примерам расчета:
- генератор; 
- двигатель.
Для заданного режима нагрузки (обычно номинального) строят векторную диаграмму Блонделя (в физических или в относительных единицах), начиная с вектора напряжения , направляемого по оси ординат (рис. 11-19).При построении векторной диаграммы и частичных характеристик намагничивания в относительных единицах за базисные принимают значения магнитного потока 
при номинальном фазном напряжении и соответствующие ему МДС обмотки возбуждения 
и ЭДС 
.
* На рис. 11-18 знак «*» опущен.
Рис. 11-19. Векторные диаграммы к примерам расчета:
- генератора; - двигателя.
|
|
|
Под углом 
к в сторону опережения или отставания в зависимости от заданного характера нагрузки (см. рис. 11-19) строят вектор тока . К вектору прибавляют вектор падения напряжения в индуктивном сопротивлении рассеяния статора 
и определяют ЭДС 
от результирующего магнитного потока взаимоиндукции 
в воздушном зазоре .
По частичной характеристике 
(см. рис. 11-18) и прямой, являющейся продолжением прямолинейной части этой характеристики, для ЭДС , полученной из векторной диаграммы, определяют значения 
и 
, отношение которых по кривым (см. рис. 11-18) и табл. 11-2 находят значение коэффициентов 
.
Амплитуда МДС реакции якоря
(11-125)
При этом для явнополюсных машин обычного исполнения принимают коэффициент формы поля реакции якоря 
. При гребенчатой конструкции полюсных наконечников ротора 
.
Для учета возможных технологических отклонений параметров магнитной цепи от расчетных полученное значение МДС возбуждения увеличивают на 10-20%.
Магнитную цепь при нагрузке рассчитывают в такой последовательности.
Строят частичные характеристики намагничивания:  
 (о.е.)
| По форме табл. 11-2 и 11-3, рис. 11-18 | |
| Строят векторную диаграмму Блонделя (о. е.) (рис. 11-19) | По форме рис. 11-19 | |
| ЭДС, индуктированная магнитным потоком воздушного зазора (о. е.) | по векторной диаграмме рис. 11-19
(на рис. 11-19 знак «*» опущен)
| |
| МДС для магнитной цепи воздушного зазора и статора (о. е.) | - по рис. 11-18
| |
| МДС для магнитной цепи воздушного зазора (о. е.) | - по рис. 11-18
| |
| Предварительный коэффициент насыщения магнитной цепи статора | 
| (11-126) |
| Поправочные коэффициенты, учитывающие Насыщение магнитной цепи |  - по рис 11-17
| |
| Коэффициенты реакции якоря |  - по табл. 11-4
| |
| Коэффициенты формы поля реакции якоря |  - по § 11-8
| |
| Амплитуда МДС обмотки статора (А) | - по (11-125)
| |
| То же, в относительных единицах | 
| (11-127) |
| Поперечная составляющая МДС реакции Якоря, с учетом насыщения, отнесенная к обмотке возбуждения (о. е.) |
| (11-128) |
ЭДС обмотки статора, обусловленная
действием МДС  (о. е.)
|  - по рис. 11-18
| |
Направление вектора ЭДС ,
определяемое построением вектора
 на продолжение вектора 
(точка  )
|
 -по рис. 11-19
| |
| Продольная МДС реакции якоря с учетом влияния поперечного поля при концентричном зазоре | 
| (11-129) |
| То же, при эксцентричном зазоре | 
| (11-130) |
Продольная составляющая ЭДС, наводимая
в обмотке статора результирующим потоком
по продольной оси  , (о. е.)
|  - по рис. 11-19
| |
| МДС по продольной оси, необходимая для создания ЭДС (о. е.)
| - по рис. 11-18
| |
| Результирующая МДС по продольной оси (о. е.) | 
| (11-131) |
Магнитный поток рассеяния при действии
МДС  (о.е.)
|
 - по рис. 11-18
| |
| Результирующий магнитный поток (о. е.) | 
| (11-132) |
МДС, необходимая для создания магнитного потока  (о. е.)
| - по рис. 11-18
| |
| МДС обмотки возбуждения при нагрузке (о. е.) | 
| (11-133) |
| То же (А) | 
| (11-134) |
|
|
|
Примеры расчета машин.
|
|
|
