Синхронные машины. Машины постоянного тока
Методическое пособие - Физика
Другие методички по предмету Физика
напряжения, близкую к синусоидальной, желательно иметь в машине распределение магнитного поля, близкое к синусоидальному. Для этого в неявнополюсных машинах обмотку возбуждения распределяют так, чтобы были уменьшены амплитуды м.д.с. высших гармоник. В явнополюсных машинах этого добиваются увеличением зазора под краями полюсных наконечников. Обмотку якоря также выполняют распределенной (q = 4 6) с укороченным шагом (y ? 0,8?). Чтобы исключить третьи гармоники тока и уменьшить потери мощности в машине, обмотку якоря в трехфазных генераторах соединяют звездой. При этом будут отсутствовать также и третьи гармоники в линейном напряжении. Подавление третьих гармоник в кривой фазного напряжения путем укорочения шага обмотки нерационально, так как при у ? 0,66? существенно уменьшается первая гармоника. Указанные меры позволяют получить на выходе, машины практически синусоидальную э.д.с, поэтому при дальнейшем рассмотрении теории синхронной машины можно принимать во внимание только поток первой гармоники магнитного поля и соответствующую гармонику э.д.с. Поток первой гармоники магнитного поля возбуждения Фв называют потоком взаимоиндукции.
Магнитное поле возбуждения. Магнитное поле, созданное обмоткой возбуждения, характеризуется рядом коэффициентов, посредством которых реальное распределение индукции в воздушном зазоре приводится к синусоидальному. К числу этих коэффициентов относятся: коэффициент формы кривой поля возбуждения kв = Ввm1/Ввmотношение амплитуды первой гармоники Ввm1 индукции поля возбуждения в воздушном зазоре к амплитуде Ввm действительного распределения этой индукции; коэффициент потока возбуждения kф = Ф/Фв отношение потока Ф, созданного обмоткой возбуждения в воздушном зазоре, к потоку первой гармоники Фв этого поля (потоку взаимной индукции).
Определим эти коэффициенты для неявнополюсной и явнопо-люсной машин. На рис.1.17, а, б показано распределение магнитного поля возбуждения в воздушном зазоре в пределах одного полюсного деления для неявнополюсной машины. На одно полюсное деление ротора приходится значительное число пазов (2040), поэтому можно принять, что распределение индукции в воздушном зазоре вдоль окружности якоря (сплошная линия) имеет трапецеидальный характер. Если рассматривать обмотку возбуждения как однофазную, распределенную на части ?? окружности ротора, то при указанном распределении индукции поля возбуждения получим для поля первой гармоники (штриховая линия)
Bвm1=4Bвmkр.в/?, (1.4)
где коэффициент распределения для обмотки возбуждения; ? = Zв2/Z2 коэффициент заполнения окружности ротора обмоткой возбуждения, равный отношению числа пазов ротора Zв2, заполненных проводниками обмотки, к полному числу Z2 пазовых делений ротора.
Следовательно, коэффициент формы кривой поля возбуждения
. (1.5)
Магнитный поток возбуждения
Ф=???liBвm (1.6)
Рис.1.17 Магнитное поле обмотки возбуждения в воздушном зазоре
Неявнополюсной и явнополюсной машин
При трапецеидальном распределении индукции поток Ф можно считать состоящим из двух частей: потока Ф, соответствующего части (1 ?)? окружности ротора, незаполненной обмоткой, и потока Ф, соответствующего части ?? окружности ротора, в пазах которой уложена обмотка возбуждения:
Ф=Ф +Ф =Bвm(1-?)?li + 0,5Bвm??li= Bвm?li(1-?/2).(1.7)
Поток первой гармоники поля возбуждения
Фв=2Bвm1?li/?(1.8)
Следовательно, коэффициент потока возбуждения
(1.9)
С учетом (1.7) расчетный коэффициент полюсного перекрытия
?i=Ф/(?li Bвm)=1-?/2.(1.10)
На рис.1.17, в, г показано распределение магнитного поля возбуждения в воздушном зазоре в пределах одного полюсного деления для явнополюсной машины.
При проектировании явнополюсных синхронных машин принимаются меры, чтобы кривая распределения поля возбуждения в воздушном зазоре (сплошная линия) приближалась к синусоиде (для этого воздушный зазор выполняют неравномерным), однако получить идеальное распределение не удается. Поэтому наряду с первой га-рмоникой (штриховая линия) имеется и ряд высших гармоник. Форма распределения магнитного поля и коэффициент kв зависят от коэффициента полюсной дуги ?i = bр/? и формы воздушного зазора, т.е. от отношений ?макс/? и ?/?. Обычно ?i = 0, б5 0,75; ?макс/? = l 2,5 и ?/? = 0,01 0,05. При этих условиях kв = 0,90 l, 20.
Коэффициент магнитного потока kф также зависит от формы распределения магнитного поля и представляет собой отношение площадей, ограниченных рассматриваемыми кривыми. При указанных выше значениях bр/?, ?макс/? и ?/? коэффициент kф = 0,92 1,10.
С учетом (1.6) и (1.8) расчетный коэффициент полюсного перекрытия
?i=2kвkФ/?.(1.11)
1.5 Работа синхронного генератора под нагрузкой. Реакция якоря
Рассмотрим работу трехфазного синхронного генератора в автономном режиме, когда к фазам обмотки якоря подключены равные и однородные сопротивления. В этом случае при симметричной нагрузке по фазным обмоткам генератора проходят равные токи, сдвинутые по времени относительно друг друга на 120. Эти токи создают магнитное поле якоря, вращающееся с частотой n1, равной частоте вращения ротора n2. Следовательно, магнитны?/p>