Магнитное поле синхронной машины

В настоящей главе рассматривается трехфазный синхронный генератор, работающий на симметричную нагрузку так, что все фазы обмотки нагружены равномерно, т. е. в них наводятся одина­ковые ЭДС и проходят равные по значению и сдвинутые по фазе относительно друг друга на угол 120° токи. Из гл. 9 известно, что в этих условиях трехфазная обмотка статора создает вращающуюся синхронно с ротором МДС, максимальное значение которой опре­деляется выражением (9.16):

F₁ = 0,45m₁ I₁ w₁ k_об1 / p.

Как будет показано в § 20.3, вектор МДС статора может зани­мать разные пространственные положения относительно оси по­люсов ротора.

В неявнополюсной синхронной машине воздушный зазор рав­номерен, а поэтому пространственное, положение вектора МДС статора относительно оси полюсов ротора не влияет на величину и график распределения магнитного поля статора.

В явнополюсной синхронной машине воздушный зазор нерав­номерен из-за наличия значительного межполюсного пространст­ва, не заполненного сталью (рис. 20.3), и магнитное сопротивле­ние потоку статора Ф_d по продольной оси dd намного меньше магнитного сопротивления потоку статора Ф_q по поперечной оси qq. Поэтому величина индукции магнитного поля статора и график ее распределения в воздушном зазоре в явнополюсных машинах зависят от пространственного положения вектора МДС обмотки статора F₁ или его составляющих.

Так, амплитуда основной гармоники индукции магнитного поля статора по продольной оси B_1d1 больше амплитуды основной гармоники индукции поля по поперечной оси В_1q1:

B_1d1 = B₁k_d; B_1q1 = B₁k_q (20.6)

где В₁ — амплитудное значение магнитной индукции поля статора при равномерном зазоре; k_d и k_q — коэффициенты формы поля статора (якоря) по продольной и поперечной осям.

Коэффициенты k_d и k_q определяют степень уменьшения ам­плитуды основной гармоники поля статора (якоря) по продольной и поперечной осям, обусловленную неравномерностью

Рис. 20.3. Магнитные поля статора синхронной явнополюсной

ма­шины по продольной (а) и поперечной (б) осям

воздушногo зазора в машинах с явнополюсным ротором.

Значения k_d и k_q зависят от отношения максимального и ми­нимального воздушных зазоров δ_mах/δ, от относительной величи­ны зазора δ/ τ , а также от коэффициента полюсного перекрытия α_i, При равномерном зазоре (δ = const) отношение δ_mах/δ = 1. По­люсное деление τ определяют по (7.1). Коэффициент полюсного перекрытая α_i = b_р/τ, где b_р — ширина полюсного наконечника (см. рис. 19.8).

При равномерном воздушном зазоре (δ_mах/δ =1) и весьма ма­лой его относительной величине (δ/ τ ≈ 0) коэффициенты формы поля определяются выражениями

k_d = [πα_i + sin(α_i 180°)] /π; (20.7)

k_q =[πα_i - sin(α_i 180°)] /π . (20.8)

Из (20.7) и (20.8) видим, что при α_i = 1, т. е. при неявнополюсном роторе, k_d = k_q= 1.

Обмотка возбуждения синхронной машины при прохождении по ней тока I_в создает МДС на пару полюсов (А):

F_в.н = I_в 2w_к.в (20.9)

Рис. 20.4. Магнитные поля возбуждения неявнополюсной

(а) и явнополюсной (б) синхронных машин

При этом форма магнитного поля возбуждения в зазоре ма­шины зависит от конструкции ротора. Амплитуда основной гар­моники этого поля В_в1 определяется коэффициентом формы поля возбуждения

k_f = B_в1/ В_в, (20.10)

где В_в — максимальное значение магнитной индукции поля воз­буждения (рис. 20.4).

Для неявнополюсного ротора коэффициент формы поля воз­буждения (рис. 20.4, а)

k_f = 8sin γ 90°/ (π² γ) (20.11)

где γ = 2α/ τ — отношение обмотанной части полюса ротора ко всему полюсному делению. Обычно γ = 0,67 ÷ 0,80. Наименьшее содержание высших гармоник поля соответствует γ = 0,75.

Для явнополюсного ротора при равномерном зазоре и δ/τ ≈ 0 коэффициент формы поля возбуждения (рис. 20.4, б)

k_f = 4sin α_i 90°/ π . (20.12)

Увеличение зазора на краях полюсов способствует приближе­нию коэффициента k_f к единице, т. е. приближает форму кривой индукции поля к синусоиде.

При неравномерном воздушном зазоре значения коэффициен­тов формы поля определяют по графикам, приводимым в руково­дствах по расчету синхронных машин [5 и 15].