 |
Магнитное поле и параметры обмотки возбуждения
|
|
|
|
Синхронные машины
Устройство и принцип действия
Устройство синхронной машины (СМ) рассмотрено выше. Допустим, что возбужденный ротор СМ вращается с частотой n. С той же частотой вращается и создаваемый обмоткой возбужденный поток, который наводит в обмотке статора ЭДС. В трехфазной СМ фазные обмотки статора сдвинуты в пространстве на 1200, поэтому вращающийся поток возбуждения наводит ЭДС, сдвинутые по фазе во времени на 1200. Если к такой машине подключить симметричную трехфазную нагрузку, то в фазах обмотки статора будут протекать симметричная система токов. Они создают вращающееся магнитное поле статора с частотой вращения
, где 
частота токов в фазах.
В результате чего будем иметь 
, т. е. в данном случае поле ротора и статора вращаются синхронно, они неподвижны относительно друг друга и образуют результирующее поле, как в асинхронной машине (АМ). Но в отличие от АМ частота вращения ротора СМ жестко связана с частотой вращения поля статора. Следовательно, в СМ частота вращения ротора находится в строгом соотношении с частой сети.
Магнитное поле и основные параметры синхронной машины
Магнитное поле и параметры обмотки возбуждения
При вращении возбужденного ротора, поток, создаваемый обмоткой возбуждения (ОВ) наводит в обмотке статора ЭДС. При холостом ходе машины эта ЭДС определяет напряжение на зажимах машины. ОВ создает поток, состоящий из основного потока 
и потока рассеяния ОВ 
(рис. 3.1).
Под основным потоком будем понимать поток, соответствующий первой гармоники поля. Это правомерно, так как наконечникам полюсов придают такое очертание, при котором кривая распределения поля в зазоре примерно синусоидальная. Кроме того, высшие гармоники можно существенно уменьшить путем соответствующего выбора укорочения шага. Третья гармоника и кратные ей подавляются путем соединения 3-х фазной обмотки в звезду.
|
|
|
Рассмотрим структуру магнитного поля при различных исполнениях ротора.
а) Явнополюсный ротор.
Действительная кривая распределения магнитного поля в воздушном зазоре 
имеет вид кривой 1, а первая гармоника – вид кривой 2 (рис. 3.2).
– максимальное значение действительной кривой распределения поля, а 
– амплитуда первой гармоники поля в воздушном зазоре. Отношение 
называют коэффициентом формы кривой поля в воздушном зазоре. Он зависит от величин 
, 
, 
.
При значениях 
; 
; 
этот коэффициент 
.
Магнитодвижущия сила (МДС) обмотки возбуждения (ОВ) на полюс будет 
,
где 
– число витков обмотки возбуждения.
Тогда максимальное значение индукции поля в воздушном зазоре
.
Здесь 
– удельная магнитная проводимость воздушного зазора,
– коэффициент воздушного зазора,
– коэффициент насыщения магнитной цепи по продольной оси.
Амплитуда первой гармоники поля
.
Коэффициент воздушного зазора определяется исходя из расчетного значения воздушного зазора
.
Основной поток
.
Максимальное потокосцепление обмотки статора с потоком ОВ соответствует совпадению осей этих обмоток
,
где 
– обмоточный коэффициент.
.
При вращении возбужденного ротора, потокосцепление фазы обмотки якоря будет изменяться по косиносоидальному закону 
. При этом коэффициент взаимоиндукции между обмотками статора и возбуждением будет
.
ЭДС индуктируемая в обмотке статора при вращении индуктора (ротора)
,
где 
,
– индуктивное сопротивление взаимоиндукции между ОВ и обмоткой статора. Действующее значение ЭДС
.
Отсюда 
. Таким образом, 
.
Так как зависимости 
или 
нелинейны, то зависимость 
также нелинейна и с увеличением насыщения 
уменьшается, а увеличивается (рис. 3.3)
|
|
|
,
– коэффициент потока.
– полный поток возбуждения, соответствующий площади, ограниченной кривой 1 (рис. 3.2).
б) Неявнополюсная СМ.
В этой машине ОВ размещается в пазах ротора, при этом ширина пазов значительно меньше величины воздушного зазора, поэтому влиянием пазов на распределение поля можно пренебречь и считать, что кривая распределения индукции имеет трапецеидальный характер (рис. 3.4), где
γ – отношение обмотанной части ротора к полюсному делению.
Действительная кривая распределения поля индуктора в воздушном зазоре (кривая 1). Кривая 2 соответствует первой гармонике распределения поля индуктора в воздушном зазоре.
Максимальное значение кривой распределения поля будет
.
Так как ОВ в данном случае представляет собой распределенную обмотку, обмоточный коэффициент которой является по сути коэффициентом распределения
, то ее МДС будет 
.
В результате амплитуду 1-ой гармоники поля возбуждения и коэффициент формы кривой поля можно записать в виде
,
.
При 
и 
.
.
|
|
|
