Расчет магнитной системы. Цели и задачи расчета
Расчет
магнитной цепи проводят в целях
определения МДС обмотки возбуждения
,
необходимой для создания магнитного
потока машины
при холостом ходе. При вращении ротора
этот поток наводит в обмотке статора
ЭДС. Таким образом, в результате расчета
магнитной цепи может быть построена
зависимость
,
которая носит название характеристики
холостого хода. При расчете магнитной
цепи задаются фазной ЭДС
в обмотке статора и по известному
выражению определяют полезный поток,
Вб;
где
и
— число витков, и обмоточный коэффициент
фазы статора;
— частота, Гц;
— коэффициент формы поля, представляющий
собой отношение действующего значения
индукции к ее среднему значению. При
синусоидальном распределении магнитного
потока в зазоре машины коэффициент
формы поля
.
Однако, в синхронных машинах магнитное
поле имеет несинусоидальную форму.
Характер распределения этого поля
зависит от ширины и конфигурации
полюсного наконечника, а также от
относительной длины воздушного зазора
.
По найденному потоку определяют
максимальное значение индукции в
воздушном зазоре машины. Затем определяют
расчетную длину магнитопровода (уточняют
значение). Магнитодвижущую силу обмотки
возбуждения определяют как сумму
магнитных напряжений отдельных участков
магнитной цепи машины: Магнитное
напряжение воздушного зазора; Магнитное
напряжение зубцов статора; Магнитное
напряжение для спинки статора; Магнитное
напряжение зубцов ротора; Магнитное
напряжение полюса; Магнитное напряжение
стыка между полюсом и ярмом ротора
определяют по индукции в основании
полюса; Магнитное напряжение в остове
или ободе ротора. Просуммировав магнитные
напряжения всех участков магнитной
цепи, определяют МДС обмотки возбуждения
на один полюс при холостом ходе:
.
Проделав подобный расчет для ряда
значений ЭДС, получают характеристику
холостого хода
.
Для расчетов можно задаваться следующими
значениями ЭДС: 0,5; 1,1; 1,2 и 1,3
.
Полученные результаты сводят в таблицу
(см. пример расчета). Характеристику
холостого хода целесообразно выразить
в относительных единицах и сравнить ее
с нормальной характеристикой. Расчетная
и нормальная характеристики должны
быть близки друг к другу, но их полное
совпадение не является обязательным.
Определение мдс реакции якоря, учет ее при расчете обмотки возбуждения
Для
определения МДС обмотки возбуждения,
необходимой для создания нужного потока
при нагрузке, необходимо учитывать
влияние реакции якоря. Амплитуда первой
гармоники МДС реакции якоря при токе
.
.
Для количественного учета влияния
реакции якоря на магнитное поле машины
обычно МДС
разлагают на две составляющие: продольную
,
максимум которой совпадает с осью
полюсов, и поперечную
,
максимум которой совпадает с осью,
проходящей через середину межполюсного
пространства. Угол
является углом между током
и ЭДС
.
Так как обычно при расчетах используется
характеристика холостого хода, то
целесообразно МДС якоря привести к
прямоугольной МДС обмотки возбуждения.
Для этого
и
заменяются эквивалентными МДС обмотки
возбуждения
и
.
Эквивалентные МДС
и
определяют исходя из того, чтобы потоки
первой гармоники, создаваемые ими, были
соответственно равны потокам первой
гармоники от МДС
и
.
При переходе от
и
к
и
вводят коэффициенты
и
.
Коэффициенты
и
зависят от отношений,
и
.
В ненасыщенной машине можно принимать,
что продольное и поперечное поля
существуют независимо и не оказывают
взаимного влияния друг на друга. При
наличии насыщения такое допущение может
внести в расчет погрешности. На основе
анализа магнитных полей в синхронных
машинах при нагрузке и насыщении были
определены коэффициенты
и
,
на которые нужно умножить МДС
и
,
чтобы получить соответствующие их
значения
и
при учете насыщения. Коэффициенты
и
получены
для машин с равномерным воздушным
зазором, а
и
— для машин, у которых зазор изменяется
согласно уравнению
,
где
— расстояние от оси полюса до
рассматриваемой точки. Коэффициенты
и
можно с некоторым приближением применить
и для машин, у которых
.
Как известно, поперечная реакция якоря
вызывает ослабление поля под одним
краем полюса и усиление его под другим.
В ненасыщенной машине результирующий
поток полюса при этом не изменяется.
При насыщении магнитной цепи увеличение
потока под одним из краев полюса
происходит в меньшей мере, чем ослабление
под другим, и результирующий поток (его
первая гармоника) уменьшается. Для
компенсации размагничивающего действия
поперечной реакции якоря необходимо
увеличивать МДС обмотки возбуждения
на
.