Магнитная цепь синхронной машины

В режиме х.х. синхронной машины, т. е. при от­сутствии тока I₁ в обмотке статора, магнитное поле создается лишь МДС обмотки возбуждения F_в0. Форма графика распределения индукции в зазоре явнополюсной машины в этом случае зависит от конфигурации полюсных наконечников полюсов ротора. Для придания этой кривой формы, близкой к синусоидальной, воздушный зазор делают неравно­мерным, увеличивая его на краях полюсных нако­нечников (см. рис. 6.2).

Основной магнитный поток явнополюсной син­хронной машины, замыкаясь в магнитной системе машины, сцепляется с обмоткой статора. Как и в асинхронных неявнополюсных машинах (см. § 11.1), магнитная система явнополюсной синхронной ма­шины представляет собой разветвленную симмет­ричную магнитную систему (рис. 20.1, а), состоя­щую из 2р параллельных ветвей. Каждая из таких ветвей представляет собой неразветвленную маг­нитную цепь, содержащую одну пару полюсов (рис. 20.1, б). Основной магнитный поток Ф, замыкаясь в магнитной цепи, проходит ряд участков (рис. 20.2): воздушный зазор δ, зубцовый слой статора h_z1, зубцовый слой ротора h_z2, полюс ротора h_m, спинку ста­тора L₁ и спинку ротора (обод) L_об.

Сумма магнитных напряжений на всех перечис­ленных участках магнитной цепи определяет МДС обмотки возбуждения на пару полюсов в режиме х.х. (А):

F_во = ∑ F = 2F_δ + 2F_z1 +2F_z2 + 2F_m + F_c1 + F_об, (20.1)

где F_δ, F_z1, F_z2, F_m, F_с1 и F_o6 — соответственно маг­нитные напряжения зазора, зубцовых слоев статора и ротора, полюсов, спинки статора и обода, А.

Порядок расчета магнитных напряжений на уча­стках магнитной цепи в принципе такой же, как и при расчете магнитной цепи асинхронной машины (см. гл. 11). При расчете магнитного напряжения полюсов и спин­ки ротора необходимо иметь в виду, что магнитный поток на этих участках несколько больше основного магнитного потока Ф на величину потока рассеяния ротора Ф_σ представляющего собой небольшую часть общего потока полюсов Ф_m не проходящего че­рез зазор δ, замыкающегося в межполюсном пространстве:

Ф_m = Ф + Ф_σ = Ф(1 + Ф/ Ф_σ) = Фσ_m , (20.2)

где σ_m — коэффициент магнитного рассеяния полюсов ротора.

Рис. 20.1. Магнитная система явнополюсной синхрон­ной машины

Рис. 20.2. Участки магнитной цепи явнополюсной синхронной машины

Для синхронных явнополюсных машин коэффициент

σ_m = 1 + 0,2 k_μ1 (20.3)

где

k_μ1 = F₁₀ / (2F_δ) (20.4)

— коэффициент магнитного насыщения сердечника статора синхронной машины;

F₁₀ = 2 F_δ +2F_z1 + F_c1

— сумма магнитных напряжений в сердечнике статора и воздушном зазоре, А.

Для синхронных явнополюсных машин коэффициент магнит­ного рассеяния полюсов ротора σ_m = 1,1 ÷ 1,4 в зависимости от сте­пени магнитного насыщения магнитопровода машины и числа по­люсов (с ростом числа полюсов 2р уменьшается межполюсное пространство ротора машины и магнитное рассеяние увеличивает­ся). После расчета магнитной цепи синхронной машины строят магнитную характеристику машины, аналогичную представленной на рис. 11.3. Используя МДС обмотки возбуждения в режиме х.х. ∑ F , путем дополнительных расчетов определяют МДС обмотки возбуждения при нагрузке F_в.н. Обычно F_в.н = (2,0 ÷ 2,2) ∑F .

Полученное значение МДС F_в.н позволяет рассчитать число витков в полюсной катушке ротора:

W_к.в = F_в.н / (2I_в), (20.5)

где I_в — ток в обмотке возбуждения синхронной машины, А.