Індуктивні опори розсіювання обмоток змінного струму

Розглянемо паз найпростішої форми з одною котушечною стороною в пазу.

Обчислимо потокощеплення провідників паза з потоком, який створюється струмом котушки .

В нижній частині паза висотою занятій котушкою магнітна індукція на висоті створюється струмом і взаємодіє з числом витків . Тоді, ввадаючи для сталі , за законом повного струму маєм звідки маєм

У верхній частині паза висотою індукція визначається повним струмом паза

Величина потоків через елементарну ділянку буде рівна

і ,

де - розрахункова довжина поля розсіювання.

А потокощеплення будуть рівні

Повне потокощеплення з провідниками котушечної сторони

Підставивши значення і і проінтегрувавши отримаємо

, де безрозмірна величина називається відносною магнітною провідністю розсіювання паза і визначає потокощеплення розсіювання паза на одиницю довжини машини.

Індуктивність котушечної сторони від потоку розсіювання паза ,

а індуктивність паралельної вітки обмотки від потоків пазового розсіювання

Тому індуктивний опір розсіювання паза паралельної вітки

а індуктивний опір повної обмотки

Лобове розсіювання

Внаслідок складної конфігурації (форм и) лобових частин обмоток машин змінного струму магнітні поля їх надзвичайно складні і можуть бути розраховані за допомогою методів теорії електромагнітного поля. А для інженерних розрахунків користуються формулами емпіричного характеру.

Формули для індуктивного опору розсіювання лобових частин у всіх випадках аналогічно до формули для пазового розсіювання із заміною на магнітну провідність лобового розсіювання . Для двошарових обмоток багатополюсних машин використовується формула ,

де - середня довжина лобової частини піввитка.

Формули для інших видів обмоток приводяться в лутературі з проектування електричних машин.

Диференційне розсіювання

Індуктивний опір диференційного розсіювання обмотки рівний сумі опорів самоіндукції всіх гармонік за винятком першої гармоніки . Тому на основі виразу для опору самоіндукції

.

Відношення до головного індуктивного опору обмотки називається коефіцієнтом диференційного розсіювання

.

Лекція 10 Синхронні машини Призначення та області застосування

Синхронною машиною називається двообмоткова електрична машина змінного струму, одна з обмоток якої під’єднується до електричної мережі з постійною частотою , а друга збуджується постійним струмом .

Найбільшого розповсюдження набули синхронні машини з трифазною різнойменнополюсною - періодною обмоткою на статорі і з різнойменнополюсною - періодною обмоткою збудження на роторі. Такі машини називаються просто “синхронні машини”, а синхронні машини інших виконань відносяться до “спеціальних синхронних машин”.

Для синхронних машин невеликої потужності можливе обернене виконання. Для великих машин використовується пряме (через ковзний контакт підводиться потужність збудження яка становить 0,3-2% перетворюваної потужності). В невеликих машинах для створення поля збудження використовуються досить часто постійні магніти.

Переважна частина електричної енергії, яка використовується в народному господарстві і побуті виробляється з допомогою синхронних трифазних турбо і гідрогенераторів. Використовують синхронні машини і в режимі двигунів і в режимі компенсаторів.

Номінальними даними синхронних машин, які записані на табличках є наступні величини:

а) номінальна потужність (для генераторів і синхронних компенсаторів – повна електрична потужність, к.В.А; для двигунів – механічна потужність на валу двигуна, кВm);

б) номінальний коефіцієнт потужності (при перезбудження);

в) номінальний к.к.д. (тільки для двигунів);

г) схема з’єднання фаз обмотки статора;

д) номінальна лінійна напруга обмоток якоря (статора) у вольтах;

е) номінальна частота обертання, об/хв (для гідрогенераторів вказується ще і кутова частота обертання);

ж) номінальна частота струму якоря, Гц;

з) номінальний лінійний струм якоря, А;

к) номінальні напруга і струм збудження.

Всі промислові синхронні машини виконуються у нас на стандартизовану частоту 50 Гц. Необхідна синхронна частота обертання n, об\хв (або кутова швидкість , рад/с), забезпечується вибором відповідного числа періодів обмоток

.

Числа періодів обмоток для деяких можливих частот обертання наступні

р 1 2 3 4 8 16 32 64

n, об\хв 3000 1500 1000 750 375 187,5 93,7 46,9

Найпотужніший гідрогенератор на сьогоднішній день 715 МВА при частоті обертання 143 об/хв, а найпотужніший турбогенератор розробляється на 2000 МВА при частоті обертання 3000 об/хв.

Напруги обмотки якоря (статора) синхронних машин вибирається з числа стандартних напруг: 0,23; 0,4; 3,15; 6,3; 10,5; 13,8; 15,75 кВ (для генераторів) і 0,22; 0,38; 3; 6; 10 кВ (для двигунів).Номінальна напруга обмотки збудження вибирається в межах від 24 до 400 В.

З ростом потужності і частоти обертання к.к.д. машини збільшується. При потужності 100÷4000 кВА він становить 0,9÷0,95, а в потужних гідро і турбогенераторах він досягає 0,97÷0,99.

Системи збудження синхронних машин.

До середини минулого століття використовувались в основному електромашинні системи збудження, які поділяються на прямі електромашинні системи збудження і сторонні електромашинні системи.

В наш час дуже широко використовуються вентильні системи збудження з кремнієвими діодами і тиристорами.. Розрізняють три основні різновидності вентильних систем збудження: система самозбудження, незалежна система збудження і безщіткова система збудження.