Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

pdf.php@id=6159.pdf

.pdf
Скачиваний:
13
Добавлен:
24.05.2023
Размер:
28.54 Mб
Скачать

ройства ротора является то, что он имеет немагнитную часть 4, благодаря чему полюсы ротора в магнитном отношении разделены и поток Ф направляется из одного полюса ротора через неподвижный внешний магнитопровод 6 в другой полюс ротора и через ротор в статор. В результате этого при неподвижной обмотке возбуждения удается получить в воздушном зазоре между ротором и статором магнитное поле такого же вида, как и в обычном сельсине.

Бесконтактные сельсины получили значительное распространение, однако их недостатками являются: 1) усложнение конструкции, 2) удвоенная величина воздушных зазоров в магнитной цепи, 3) повышенные размеры и вес.

Сельсины также изготовляются для работы при / = 50 + 1000 гц.

Раздел пятый

СИНХРОННЫЕ

МАШИНЫ

Магнитные поля и основные па­ раметры. Работа при симметрич­

ной нагрузке. Элементы теории переходных процессов. Парал­ лельная работа машин. Асин­ хронные режимы и самовозбуж­ дение. Двигатели и компенсато­ ры, Несимметричные режимы работы. Колебания и динамиче­ ская устойчивость. Системы воз­

буждения. Специальные тины

Ш1ЮНН,

Глава тридцать вторая

МАГНИТНЫЕ ПОЛЯ И ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ СИНХРОННЫХ МАШИН

§ 32-1. Магнитное поле и параметры обмотки возбуждения

Явнополюсная машина. Обмотка возбуждения создает магнит­ ный Ноток возбуждения синхронной машины (рис. 32-1), который сцепляется с обмоткой якоря и индуктирует в ней э. д. с. Расчет магнитной цепи явнополюсной синхронной машины производится подобно расчету магнитной цепи машины постоянного тока. Подроб­ ности этого расчета рассматриваются в пособиях по проектирова­ нию. электрических машин. Магнитная характеристика Ф = / (^) синхронной машины имеет такой же вид, как и у других электриче­ ских машин. Ниже рассмотрим особенности магнитного поля, соз­ даваемого обмоткой возбуждения, и индуктивности этой обмотки. Величины, относящиеся к обмотке возбуждения синхронной ма­ шины, будем обозначать индексом [, как это принято в большинстве литературных источников.

На рис. 32-2, а изображена картина магнитного поля обмотки возбуждения в воздушном зазоре явнополюсной синхронной машины на протяжении одного полюсного деления. На рис. 32-2, б кривая 1 представляет собой распределение магнитной индукции поля воз­ буждения В( на поверхности якоря (статора). Как уже указывалось, при проектировании синхронных машин принимаются меры к тому, чтобы Эта кривая по возможности приближалась к синусоиде. Однако вполне синусоидального распределения В/ достичь невоз­ можно и поле возбуждения (кривая 1 на рис. 32-2, б) можно разло­ жить на основную (кривая 2) и высшие гармоники, которые индук-

тируют в обмотке якоря соответственно основную и высшие гармо­ ники э. д. с. Высшие гармоники э. д. с. относительно малы, так как малы соответствующие гармоники поля и, кроме того, выбором шага и числа пазов на полюс и фазу обмотки якоря достигается уменьшение высших гармоник э. д. с. Поэтому в теории синхрон­ ных машин учитывается только основная гармоника э. д. с. якоря и соответственно потоком взаимной индукции между индуктором и

Рис. 38-Ь Магнитное попе обмотки

воз­

Рис 32-2. Магнитное поле обмотки

буждения синхронной машины

 

возбуждения явнополюсной

син­

 

 

хронной машины в воздушном

зазоре

якорем считается основная гармоника поля возбуждения (Кривая 2 на рис. 32-2, б).

Отношение амплитуды основной гармоники поля -возбуждения В/т1 к действительному максимальному значению этого поля В)т (см. рис. 32-2, б)

 

 

 

(32-1)

называется к о э ф ф и ц и е н т о м

ф о р м ы к р и в о й

п о л я

в о з б у ж д е н и я .

Величина к} (рис. 32-3) зависит от отношений

6я /6, 6/т и от коэффициента полюсной дуги

 

 

а = Ьр1х.

 

Обычно бя /б = 1 - г

2,5: а = 0,65

0,75 и к( = 0,95 +

1,15,

Н. с. обмотки возбуждения на один полюс

(32-2)

где До/ — число витков всей обмотки возбуждения и I, — ток воз буждения

Амплитуда основной гармоники поля возбуждения

(32-3)

где к(, — коэффициент зазора и кцЛ— коэффициент насыщения магнитной цепи по продольной оси, т. е. по оси полюсов. В общем случае величина зазора в пре­ делах полюсного наконечника

V непостоянна и величину к6 принято рассчитывать для среднего расчетного зазора

« а*

 

'

бр = б + 4_ (в*-в).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

На основании выражений

 

(32-2) и (32-3)

 

 

ф

Г

п

^

ш/* / .

„ о „ч

Ь,05

 

 

 

2р */•

<32 4 )

'ж *

 

 

Поток основной гармоники

 

поля возбуждения

 

 

 

 

ж* ^

 

 

Ф/1 =

В/яцТ/в

 

'

 

или, согласно равенству (32-4),

 

Л

0,4 4 5

о.6 07 0,8 0,9 1,0

Рис 32-3 Зависимость коэффициента фор­ мы кривой поля возбуждения явнополюс­ ной синхронной машины А/ от относитель­ ных размеров, характеризующих геомет­ рию полюсного наконечника

ФЛ ' ЯЙь&рйб р

(32-5)

Потокосцепление потока Ф/х с фазой обмотки якоря, когда ось этой фазы совпадает с осью полюсов или продоль­ ной осью машины,

Ф/Йй = шй0бФ/х (32-6)

При повороте ротора относительно фазы обмотки статора потоко­ сцепление потока возбуждения с этой обмоткой изменяется по сину-

соидальному закону и, следовательно, взаимная индуктивность обмотки возбуждения с фазой обмотки статора изменяется по такому же закону. Амплитуда этой индуктивности

 

АГ/ой=

Ч}аЛ

 

 

Ч

 

на основании выражений (32-5) и (32-6) равна

 

 

Мо^а

Ю/й/О^об

(32-7)

м 1аЛ~ п к ^ Ь

р

При вращении ротора с электрической угловой скоростью

 

©1 = 2лД

 

потокосцепление потока основной

гармоники поля

возбуждения

с фазой обмотки якоря изменяется по закону

 

’Р/дй* =

’Р /о й С08 © ^ = М /о й // С08 © Л

 

При этом в якоре индуктирует9я э. д. с.

 

 

«Л%й/

.. . . .

 

е ------2}— = М1М/ой«/ 31П ©/.

 

Амплитуда и действующее значение этой э. д. с.

 

Ет— ^1^/ой// — ^/ай//|

 

г.

Ет X/ ой .

(32-8)

где

 

 

(32-9)

 

ДГ/ой = © ]М /я й

— сопротивление взаимной индукции обмотки возбуждения с об­ моткой якоря.

Согласно выражению (32-7), амплитуда М1аа зависит от насы­ щения магнитной цепи, и ее величину в соответствии с (32-8) можно определить с цомощью характеристики Холостого хода (х. х. х.) Е = / (//) (рис. 32-4) по формуле

]/2 Е

Мм ~©Г (32-10)

Величину М/ай, определенную по кривой рис. 32-4, можно рас­ сматривать как функцию // или Е. Более правильно считать М/аа функцией Е, так как Е ~ Ф и насыщение зависит от величины по­ тока.

Наряду с криволинейной х. х. х. Е = / (//) (рис. 32-4) можно рассматривать также спрямленную ненасыщенную х. х. х. ОВ' и спрямленную насыщенную х. х. х. ОС'. Первая — касательная к действительной х. х. х. в начале координат, а вторая проходит

через точку С' соответствующую рассматриваемому режиму работы с э. д. с. Е = С С\ Если бы состояние насыщения магнит­ ной цепи, соответствующее точке С' магнитной характеристики, сохранилось неизменным, то магнитная характеристика имела бы вид прямой ОС' и машина представляла бы линейную систему. Поэтому при исследовании режима, соответствующего точке С' магнитной характеристики, можно пользоваться спрямленной на­ сыщенной характеристикой и принципом наложения. При том же

токе возбуждения ^ = ОС при ненасыщенной

магнитной

цепи

 

(р,с =

оо) в обмотке якоря

 

индуктировалась бы э. д. с.

 

Еоо, которая больше Е на

 

величину - АЕнас = Ех Е.

 

Для

коэффициента на­

 

сыщения

кца,

входящего

 

в равенство (32-7), на осно­

 

вании

подобия

треуголь­

 

ников ОВВ' и ОСС" на

 

рис. 32-4 имеем

 

 

 

.

_ О С

 

 

 

* * 1 ~ О В ^ Р6 ~ Е ■

 

Кривая к ^ / (//) так­

Рис. 324. Магнитные характеристики и за­

же изображена на рис. 32-4.

висимости взаимной индуктивности обмоток

Ненасыщенные

значе­

возбуждения и якоря от насыщения

ния

взаимной

индуктив­

 

ности М}алоо и сопротивле­

ния взаимной индукции х1аЛт связаны с их насыщенными значе­ ниями М/аа и Х}аЛ соотношениями:

»«

М {аа<х>

х!аа~

х $аА&>

, 0 0 11 4

М/Л' =

V* ’

(32-11)

Величины М/ааоо, х/аат имеют для каждой машины вполне опре­ деленные значения, а М/аа, х)аа при изменении режима работы также изменяются.

С обмоткой возбуждения сцепляется весь поток воздушного зазора Фу#, определяемый площадью, ограниченной кривой / (рис. 32-2) и осью абсцисс. Величина этого потока

«а*-12»

где коэффициент кФ (рис. 32-5) представляет собой отношение площадей, ограниченных кривыми / и 2 и осью абсцисс (рис. 32-2), т. е. отношение полного потока поля возбуждения Ф^а к потоку основной гармоники этого поля Фд.

Собственная индуктивность обмотки возбуждения от поля воз­ душного зазора

 

 

 

 

 

 

Г

’Р/в

в>/Ф/в

 

 

 

 

 

 

 

/в“

Ч

Ч~'

 

согласно выражению (32-12), определяется соотношением

 

 

 

 

 

 

= пк1к*а6 ‘ 7^*/Лф*

(32‘13)

Кроме поля в воздушном зазоре, обмотка возбуждения создает

поток рассеяния

междуполюсного

пространства

Ф/„ (рис. 32-6)

и поток. рассеяния

лобовых

 

 

 

частей Ф/л. Поток Фу„ можно

 

 

 

приближенно

рассчитывать

 

ШЦ*-о,оз

так же, как поток рассеяния

паза.' Потокам

Фуп

и

Ф/д

соответствуют

индуктивности

 

-0.01*

 

рассеяния

обмотки

возбуж­

1,00

 

«о|в т

 

дения 1уп и ^ л, формулы

 

 

 

расчета

которых

приводятся

№6

 

 

в руководствах по проектиро­

 

 

ванию электрических

машин.

 

 

 

Полная

индуктивность

обмо­

 

 

тки возбуждения

 

 

 

 

 

КТ *

= ^-/а +

^-/п +

 

(32-14)

0,88

^

- 4 -* аг

 

 

 

 

Поток

возбуждения

в за­

 

^ Г тР -?

«

зоре (кри&ая 1 на рис. 32-2)

 

сцепляется с

обмоткой

воз­

 

 

 

буждения полностью, а в соз­

Рис. 32-5. Зависимость коэффициента по­

дании потокосцепления

с об­

тока возбуждении явнополюсной синхрон­

моткой якоря участвует толь­

ной машины кф от относительных раз­

ко его

основная

гармоника

меров, характеризующих геометрию по­

(кривая

2 на

рис. 32-2.) Это

 

люсных наконечников

обстоятельство, а

также раз­

 

 

 

личный характер пространственного распределения обмоток воз­ буждения и якоря обусловливают наличие дифференциального рассеяния обмотки возбуждения, и индуктивность этого рассеяния входит в величину

В установившемся режиме работы г, = соп$1, и поэтому э. д. с. самоиндукции обмотки возбуждения

(32-15)

равна нулю. Однако в переходных режимах е} Ф 0.

Активное сопротивление обмотки возбуждения г^ нетрудно вы­ числить по известным обмоточным данным (число витков, их сече­ ние и длина).

Неявнополюсная машина. На рис. 32-7, а представлена картина магнитного поля возбуждения в воздушном зазоре неявнополюсной машины на протяжении полюсного деления. В этих машинах ширина открытия паза по сравнению с величиной зазора 6 относительно невелика, а число пазов ротора велико (2г = 20 ч- 40). Поэтому влияние пазов также невелико и можно принять, что кривая рас­ пределения индукции поля воз-

Рис. 32-6. Поле рассеяния обмотки

Рис. 32-7. Магнитное поле обмотки

возбуждения явиополюсной синхрон-

возбуждения неявнополюсной синхрон­

ной машины в междуполюсном про-

ной машины в воздушном зазоре

странстве

 

рис. 32-7, б и ниже представляет собой отношение обмотанной части ротора ко всей окружности ротора или отношение числа обмотан­ ных пазов к полному числу пазовых делений.

В связи со сказанным обмотку возбуждения неявнополюсной машины (см. рис. 19-8, б) можно рассматривать как распределенную однофазную обмотку с полным шагом, и в соответствии с равенством (20-16) величина

коб/

(32-16)

представляет собой коэффициент распределения, или обмоточный коэффициент, этой обмотки.

Максимальная индукция поля возбуждения (рис. 32-7, б)

_И« »/«/

151т~ 6 ' 2р ‘

Амплитуду основной гармоники н. с. обмотки возбуждения

Р]т1 найдем по формуле (22-19), если положим в ней У^2хш1= Таким образом, амплитуда основной гармоники поля возбуждения

(32-17)

На основании выражений (32-1) и (32-17) найдем коэффициент формы поля возбуждения не­ явнополюсной машины:

 

 

 

 

(32-18)

^

 

 

 

Обычно у = 0,65 + 0,80, и при

 

 

 

этом соответственно к*=

1,065 +

 

 

 

0,965.

 

(32-2) — (32-11)

 

 

 

 

Выражения

 

 

 

действительны

также

для не­

 

 

 

явнополюсной машины. Однако,

Рис.

32-8.

Определение потокосцепле-

поскольку

обмотка

возбуж­

ния

самоиндукции обмотки возбужде­

дения неявнополюсной маши­

ния

неявнополюсной синхронной ма­

ны

является

распределенной,

 

 

шины

ее'-собственную индуктивность

 

 

рассчитывать иначе.

от

поля

в

зазоре

необходимо

На рис. 32-8 изображена кривая индукции В{ вдоль зазора на протяжении полюсного деления. Элементарный поток на участке большого зубца

аф'=в{т16= в/т[6^ аа

сцепляется со всеми витками полюса да^/2р, а элементарный поток на поверхности обмотанной части ротора

« ю - - а / .

1 ( 1 - а ) в , л >

Синхронные машины [Разд. V

сцепляется с количеством витков полюса, равным

2

\ш/

\ 2"

/ Вр'

Потокосцепление всей обмотки возбуждения

__ (1 —V) я __ Я

I

I 4 ( т - ) г ^

а=0

_ <1-Т)Я

 

а ------—

Подставим сюда величины йФ' и *ЙХ", вычислим интегралы, под­ ставим

 

/ т ~ к ^ аб ' 2р

и разделим результат на

Тогда получим

^•-да-ЗЧ'-т*)- <32-19>

Будем применять выражение (32-13) также для неявнополюснойР машины, учитывая, что к} в этом случае определяется равенством (32-18). Приравнивая при этом правые части равенств (32-13) и (32-19), найдем, что для неявнополюсной машины

я»

(32-20)

8

 

§ 32-2. Магнитное поле и параметры обмотки якоря Общие положения.

При нагрузке обмотки якоря синхронной машины током она создает собственное магнитное поле, которое называется п о л е м р е а к ц и и я к о р я .

В нормальных машинах постоянного тока, с установкой щеток на геометрической нейтрали, поле реакции якоря является попе­ речным, т. е. действует поперек оси главных полюсов. Поэтому оио не индуктирует э. д. с. в обмотке якоря и оказывает относительно слабое влияние на величину потока в воздушном зазоре н на ха­ рактеристики машины. В отличие от машин постоянного тока в синхронной машине влияние реакции якоря на величину магнит­ ного потока весьма значительно. Это обусловлено прежде всего тем,

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]