МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИСТЕТ»

Инженерная школа энергетики

Отделение электроэнергетики и электротехники

Индивидуальное домашнее задание №3

Магнитное поле в синхронной машине

Вариант 8

Исполнитель:
студент группы			Нагорнов А.В.
5А8Д
Руководитель:
к.т.н., доцент ОЭЭ ИШЭ			Гирник А. С.

Томск 2020

Содержание

Исходные данные: 3

Определение направления намагничивающей силы обмотки возбуждения 3

Определение направления ЭДС, индуцируемой в обмотке якоря 4

Определение мгновенных значений токов фаз обмотки якоря 5

Определение направлений магнитодвижущих сил фаз обмотки якоря и результирующей магнитодвижущей силы якоря 6

Определение характера реакции якоря и характера нагрузки синхронного генератора 7

Выводы: 9

Список литературы: 10

Исходные данные:

Таблица 1

№ варианта	Положение ротора γ, град. эл.	Направление тока в обмотке возбуждения	Направления вращения ротора	Угол между ЭДС и током якоря ψ, град. эл.
8	90	отрицательное	без ( )	30

Определение направления намагничивающей силы обмотки возбуждения

Синхронный генератор с явнополюсным ротором состоит из неподвижной части – якоря и подвижной – явнополюсного индуктора. Принцип действия электрических машин переменного тока основан на вращающемся магнитном поле. Для получения симметричного сгенерированного переменного напряжения на якоре располагается трехфазная обмотка. Чтобы получить вращающееся круговое магнитное поле необходимо, чтобы оси фазных обмоток были сдвинуты в пространстве на угол , а сдвиг токов фаз во времени должен составлять . Здесь m – число фаз обмотки, p – число пар полюсов.

Для трехфазной обмотки сдвиг осей фазных обмоток в пространстве при p = 1 должен составлять 120 град. эл. Начала фаз обозначаются U₁, V₁, W₁, а концы – U₂, V₂, W₂.

Положение ротора определяется углом γ, измеряемым по направлению вращения ротора от положительного направления оси фазы U обмотки якоря до положительного направления продольной оси d.

Положительным направлением тока в обмотке возбуждения считается такое, при котором ток течет от начала обмотки возбуждения В₁ (на эскизе обозначается крестом) к концу В₂ (на эскизе обозначается точкой).

Ток, протекающий по обмотке возбуждения, создает намагничивающую силу под действием которой возникает магнитное поле, направление силовых линий которого определяется по правилу правой руки.

Линии магнитного поля замыкаются через два воздушных зазора и сердечники ротора и якоря. Положительным направлением оси обмотки возбуждение считается такое, которое совпадает с направлением индукции магнитного поля при протекании тока по этой обмотке. Эта ось в синхронной машине называется продольной (на эскизе обозначается символом d). Направление вектора намагничивающей силы обмотки возбуждения совпадает с положительным направлением продольной оси.

Положительный угол между ЭДС и током якоря соответствует отставанию тока от ЭДС и наоборот.

Определение направления ЭДС, индуцируемой в обмотке якоря

Рисунок 1 – определение ЭДС обмотки якоря

В исходных данных указано: угол поворота якоря γ = 90 град. эл., направление тока в обмотке возбуждения отрицательное, направление вращения якоря против часовой стрелки, угол между ЭДС и током якоря ψ = 30 град. эл.

По известному направлению вращения ротора, а, следовательно, и магнитного поля, создаваемого обмоткой возбуждения, и направлению силовых линий магнитного поля этой обмотки по правилу правой руки определяется направление ЭДС в фазах обмотки якоря. При этом следует учитывать, что проводник якоря движется относительно магнитного поля в сторону обратную направления вращения ротора. Максимальная ЭДС наводится в той фазе обмотки якоря ось, которой в данный момент перпендикулярна продольной оси синхронной машины, так как в этом случае проводники этой фазы находятся в области максимального распределения магнитного поля. В данном случае максимальная ЭДС наводится в фазе U. Так как ЭДС направлена от начала фазы U₁ к концу U₂, то, следовательно, в этой фазе наводится максимальная ЭДС.

Определение мгновенных значений токов фаз обмотки якоря

Мгновенные значения токов определяются с учетом фазового сдвига между ЭДС, наведенной магнитным полем обмотки возбуждения, и током, протекающим в обмотке якоря.

Определение направлений магнитодвижущих сил фаз обмотки якоря и результирующей магнитодвижущей силы якоря

Рисунок 2 – диаграмма намагничивающих сил фаз якорных обмоток

Токи, протекающие по фазам обмотки якоря, создают намагничивающие силы, под действием которых возникают пульсирующие магнитные поля, направление магнитной индукции которых определяется по правилу буравчика. Положительным направлением оси обмотки считается такое, которое совпадает с направлением магнитного потока при протекании фазного тока от начала к концу обмотки. Направление вектора намагничивающей силы обмотки совпадает с положительным направлением оси этой обмотки при положительном значении тока, и противоположно ему при отрицательном значении. Строится диаграмма намагничивающих сил фазных обмоток якоря в соответствии с направлением и значением тока каждой фазы. Геометрическая сумма намагничивающих сил всех трех фаз создает результирующую намагничивающую силу

Определение характера реакции якоря и характера нагрузки синхронного генератора

Рисунок 3 – результирующая намагничивающей силы в синхронной машине

Результирующая намагничивающая сила в синхронной машине складывается из намагничивающей силы обмотки возбуждения и обмотки якоря. Для определения результирующей намагничивающей силы в воздушном зазоре геометрически складываются, полученные ранее намагничивающие силы обмотки якоря и обмотки возбуждения. Амплитуды этих намагничивающих сил принимаются равными. Для определения характера реакции якоря вектор намагничивающей силы обмотки якоря раскладывается на две составляющие: продольную и поперечную . По взаимному расположению векторов делается вывод о характере реакции якоря и нагрузки. В данном случае реакция якоря носит смешанный размагничивающий характер, так как присутствуют две составляющие по продольной и поперечной оси. Характер нагрузки – активно-индуктивный.

Выводы:

В ходе лабораторной работы определили направление намагничивающей силы обмотки возбуждения; направление ЭДС, индуцируемой в обмотке якоря; мгновенные значения токов фаз обмотки якоря (при вычислении было выявлено отсутствие тока в фазе W); направления магнитодвижущих сил фаз обмотки якоря и результирующую магнитодвижущую силу якоря (результат сложения намагничивающих сил фаз V и U, в фазе W намагничивающая сила отсутствует из-за того, что ток в данной фазе не протекает); реакция якоря имеет смешанный размагничивающий характер, характер нагрузки является активно-индуктивным, т. к. угол между Fa и Ff больше 90 градусов.

Список литературы:

1. Беспалов, Виктор Яковлевич Электрические машины: учебник в электронном формате [Электронный ресурс] / В. Я. Беспалов, Н. Ф. Котеленец. — 4-е изд., перераб. и доп.. — Мультимедиа ресурсы (10 директорий; 100 файлов; 740MB). — Москва: Академия, 201

2. Копылов, Игорь Петрович. Электрические машины: учебное пособие / И. П. Копылов. — Москва: Энергоатомиздат, 1986. — 360 с.