При нагрузке. Векторные диаграммы

Для определения МДС обмотки возбуждения при нагрузке используют векторные диаграммы (рис. 10-27).

Для их построения целесообразно использовать относительные значения параметров тока, напряжения, ЭДС и МДС.

Для более точного определения потока рассеяния полюсов при нагрузке необходимо иметь частичные характеристики намагничивания:

, ,.

Рис. 10.27. векторные диаграммы:

а— для генератора;б — для двигателя

Здесь принято ,,;— базовое значение потока, равное потоку при номинальном фазном напряжении;

;

;

;

—базовое значение МДС, равное МДС обмотки возбуждения при холостом ходе и номинальном фазном напряжении. На рис. 10.28 все характеристики имеют одинаковые масштабы по соответствующим осям координат.

Рис. 10.28. Частичные характеристики намагничивания

Для оценки насыщения машины удобно построить зависимость (рис. 10.29). Указанные графики строятся по данным расчета магнитной цепи машины.

Рис. 10.29. Зависимость от отношения

Диаграмма при заданных номинальных значениях тока , напряженияи угла между ними строится следующим образом.

1. В выбранном масштабе для тока и напряжения откладывают вектор номинального фазного тока и под углом к нему— вектор фазного напряжения.

2. К вектору напряжения пристраивают векторы падения напряжения ,, для генератора и,, для двигателя, в результате чего находят ЭДС, которая индуктируется в обмотке якоря при нагрузке. Привекторы падения напряжения численно равныи . В крупных машинах падение напряжения в активном сопротивлении относительно мало и им можно пренебречь.

3. По из зависимостиопределяют отношение, по которому из рис. 10.25 находят коэффициентыи.

4. Определяют значение результирующей ЭДС по продольной оси и угол. Для этой цели находят МДС (в относительных единицах):

,

где

.

Отложив по оси абсцисс характеристики , на оси ординат получают ЭДС, равную (см. рис. 10.28). Добавляя эту ЭДС к вектору(или ), получают точку Д (см. рис. 10.27), через которую пройдет линия, совпадающая с направлением ЭДС (или). Угол между токоми этой линией является углом .

5. Опустив перпендикуляр из конца вектора (или ) на линию 0Д, находят ЭДС , наводимую в обмотке якоря результирующим потоком по продольной оси . Из характеристикипоопределяют МДС(см. рис. 10.28).

6. Определяют МДС продольной реакции якоря:

, (см. рис. 10.25)

7. По сумме по характеристикеопределяют поток рассеяния полюса.

8. По потоку полюса из характеристикиопределяют сумму магнитных напряжений ротора.

9. Находят МДС обмотки возбуждения при нагрузке в относительных единицах

и в физических единицах (амперах)

.

Из характеристики холостого хода поопределяют ЭДС , наводимую в обмотке статора при холостом ходе, а затем находят изменение напряжения на выводах машины (для генератора):

.

10.15. Расчет обмотки возбуждения

Обмотка возбуждения синхронных машин подключается к источнику постоянного тока. До недавнего времени для питания обмоток возбуждения применялись специальные генераторы постоянного тока — возбудители.

В настоящее время для возбуждения синхронных машин применяют статические устройства. Серии синхронных машин общего назначения 13—21-го габаритов (СД2, СГ2, СДН2 и т. д.) оснащены комплектными тиристорными возбудительными устройствами (ТВУ). Особенностью ТВУ является бесконтактное и быстродействующее управление током возбуждения во всех эксплуатационных режимах и наличие автоматического регулирования возбуждения. Это повышает надежность и улучшает использование машин. Кроме того, КПД тиристорных возбудительных устройств выше, чем генераторов постоянного тока.

На рис. 10.30 приведена структурная схема одного из применяемых в настоящее время ТВУ. В ТВУ питание обмотки возбуждения происходит через тиристорный преобразователь или от сети переменного тока с напряжением 380 В через согласующий трансформатор ТСЗВ, или от дополнительной трехфазной обмотки, расположенной на статоре. Преобразователи осуществляют выпрямление переменного тока в постоянный и имеют трехфазную схему со средним выводом при выпрямленном напряжении до 100 В или трехфазную мостовую при напряжении выше 100 В. Параллельно обмотке возбуждения синхронного двигателя через тиристорный ключ подключен пусковой резистор.

Управление тиристорным преобразователем осуществляется фазоимпульсным устройством (ФИУ).

Рис. 10.30. Структурная схема тиристорного возбудителя

синхронного двигателя (питание от сети 380 В):

СГ — схема гашения поля; СФ — схема форсировки возбуждения;

АРВ — автоматический регулятор возбуждения; СП — схема пуска;

СЗП — схема защиты пускового сопротивления;

ФИУ — фазоимпульсное устройство; УУ — устройство управления;

БП — блок питания; СЗК — схема защиты от коротких замыканий;

СОТР — схема ограничения тока ротора; ДТР — датчик тока ротора;

СУ — схема установок угла регулирования; К — герконное реле

Функции управления и регулирования в ТВУ осуществляет электронная система управления, в комплект которой входит ряд блоков, показанных на рисунке.

В табл. 10.10 даны номинальные данные тиристорных возбудительных устройств серии ТВУ для синхронных двигателей.

Таблица 10.10. Номинальные данные тиристорных возбудительных устройств

Тип	Номинальные данные ТВУ				Пусковое сопротивление , Ом
	, А	, В	, кВт	, В
ТВУ-46-320	320	46	14,7	80	0,385
ТВУ-65-320	320	65	20,8	115	0,51
ТВУ-80-320	320	80	25,6	140	0,64
ТВУ-105-320	320	105	33,6	185	0,8
ТВУ-137-320	320	137	43,8	240	1,02
ТВУ-166-320	320	166	52	290	1,44
ТВУ-195-320	320	195	62	340	1,44
ТВУ-217-320	320	247	79	435	1,6

Кроме того, для синхронных машин 13-го и 14-го габаритов разработаны ТВУ с питанием от дополнительной обмотки статора. Выпрямленное напряжение этих устройств 25…36 B при токе 140…170 А.

Иногда для возбуждения синхронных машин применяют бесконтактные системы. В этом случае к обмотке возбуждения непосредственно (без контактных колец) подводят выпрямленное напряжение от машины переменного тока небольшой мощности (синхронной или асинхронной), якорь которой располагается на одном валу с синхронной машиной. Выпрямители закрепляют на роторе, и они вращаются вместе с ним.

При проектировании обмоток возбуждения для улучшения теплоотдачи и заполнения катушки медью стремятся увеличить сечение проводников обмотки и уменьшить число ее витков при соответствующем увеличении тока возбуждения.

В связи с этим напряжение для питания обмотки возбуждения выбирается низким и в некоторых случаях нестандартным. В качестве предварительных значений можно наметить следующую шкалу напряжений: 25, 35, 45, 65, 80, 100, 115, 160, 200, 230 B, которая, однако, не является строго обязательной, и в зависимости от конкретной схемы возбуждения напряжения могут иметь иные значения. Меньшие значения напряжения выбирают для машин небольшой мощности. Учитывая переходное падение напряжения в контакте между щеткой и кольцом, напряжение на обмотке возбужденияследует принимать на 1—2B меньшим, чем напряжение ТВУ.

Обмотки возбуждения выполняют однорядными (рис. 10.31) и многорядными (рис. 10.32). Многорядные катушки в сечении имеют скошенную форму.

Рис. 10.31. Однорядные обмотки возбуждения

синхронных машин

Рис. 10.32. Многорядные обмотки возбуждения

Для синхронных машин мощностью от сотен киловатт и выше, как правило, применяют однорядные обмотки, которые выполняют из полосовой неизолированной меди сечением больше 30 мм², намотанной на ребро. Однорядные обмотки более надежны и вследствие лучшего охлаждения допускают большие плотности тока, чем многорядные. Многорядные обмотки применяют для машин небольшой мощности.

Изоляция катушек однорядных обмоток возбуждения для машин мощностью свыше 100 кВт дана в табл. 10.11 в соответствии с рис. 10.33. В табл. 10.12 и на рис. 10.34 представлена изоляция многорядных обмоток для машин мощностью менее 100 кВт.

Рис. 10.33. Изоляция катушки однорядной

обмотки возбуждения

Рис. 10. 34. Изоляция многорядных катушек обмотки возбуждения

При расчете обмотки возбуждения ее МДС для запаса увеличивается на 10… 20% по сравнению со значением, полученным из векторной диаграммы для номинального режима:

. (10.106)

Сечение проводника обмотки возбуждения , м², предварительно определяют по формуле

, (10.107)

где - удельное сопротивление меди при рабочей температуре обмотки, Ом·м; для однослойной обмотки из неизолированной меди и изоляции класса нагревостойкостиB =1/39·10⁶ Ом·м, для многослойных обмоток при изоляции класса нагревостойкости B = 1/40 ·10⁶ Ом·м; — напряжение на обмотке возбуждения, B; — средняя длина витка обмотки возбуждения, м.

Таблица 10.11. Изоляция катушек ротора явнополюсных синхронных машин