Магнитное поле и характеристики синхронных генераторов

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 F_в0. 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.

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. 2.1, а), состоящую из 2р параллельных ветвей. Каждая из таких ветвей представляет собой неразветвленную магнитную цепь, содержащую одну пару полюсов (рис. 2.1, б). Основной магнитный поток Ф, замыкаясь в магнитной цепи, проходит ряд участков (рис. 2.2): воздушный зазор д, зубцовый слой статора h_z1, зубцовый слой ротора h_z2, полюс ротора h_m, спинку статора L₁ и спинку ротора (обод) L_об.

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

F_во =? F = 2F_д + 2F_z1 +2F_z2 + 2F_m + F_c1 + F_об, (2.1).

где F_д, F_z1, F_z2, F_m, F_с1 и F_o6 — 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 Ф_у представляющего собой небольшую часть общего потока полюсов Ф_m не проходящего через зазор д, замыкающегося в межполюсном пространстве:

Ф_m = Ф + Ф_у = Ф (1 + Ф/ Ф_у) = Фу_m, (2.2).

где у_m — коэффициент магнитного рассеяния полюсов ротора.

Рис. 2.1. Магнитная система явнополюсной синхронной машины

Рис. 2.2. Участки магнитной цепи явнополюсной синхронной машины

Для синхронных явнополюсных машин коэффициент.

у_m = 1 + 0,2 k_м1 (2.3).

k_м1 = F₁₀ / (2F_д) (2.4).

— коэффициент магнитного насыщения сердечника статора синхронной машины;

F₁₀ = 2 F_д +2F_z1 + F_c1

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

Для синхронных явнополюсных машин коэффициент магнитного рассеяния полюсов ротора у_m = 1,1 ч 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. 1.3. Используя МДС обмотки возбуждения в режиме х.х.? F, путем дополнительных расчетов определяют МДС обмотки возбуждения при нагрузке F_в.н. Обычно F_в.н = (2,0 ч 2,2) ?F .

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

W_к.в = F_в.н / (2I_в), (2.5).

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